[發明專利]一種基于局部注意力因子圖的地磁/PDR室內導航方法

在審

• 申請號: 202310305570.0
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116337076A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 李澤華;尚俊娜;施滸立
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00;G01C21/08;G01C21/16;G06N3/126;G06F17/18;G06F17/16
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.一種基于局部注意力因子圖的地磁/PDR室內導航方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟1、采集導航測試區域的磁場數據與慣性器件數據，構建地磁指紋庫與指紋接口，解算步長量測值、航向角量測值與地磁量測值；

步驟2、構建局部注意力因子圖模型，對各種量測值進行融合，并將解算導航軌跡問題轉化為有約束的優化問題，具體步驟如下：

步驟2.1、定義組合導航系統狀態轉移模型：

X_i+1＝g(X_i)+w_i

其中X_i＝[x_i,y_i]^T是系統狀態向量，x_i和y_i分別表示平面直角坐標系中的兩個坐標值；g()是狀態轉移函數，w_i是過程噪聲，i是時間序列；

定義組合導航系統量測模型：

Z_i＝h(X_i)+v_i

其中Z_i是量測向量，h()是量測函數，v_i是量測噪聲；

步驟2.2、構建因子結點模型：

其中f是因子結點函數，L()是誤差概率函數，是系統狀態向量的預測；

步驟2.3、引入局部注意力，約束因子結點的可行域范圍，重構因子圖模型：

其中X^MAP是所有時刻狀態向量的最大后驗概率估計值，X＝{X₁,X₂...X_i...X_n}，||·||表示求解馬氏距離，Σ是殘差協方差矩陣，δ_i是約束邊界；

步驟2.4、量測值進行融合：

定義一個高斯概率分布函數表示誤差概率函數L()，則因子結點模型可以描述為：

使用地磁指紋庫和地磁接口，得到區域內任意位置的地磁估計值，構建地磁的因子：

其中f_i^mag是地磁因子，mag_i是地磁量測值，h^mag()是地磁接口函數，Σ^mag是地磁誤差協方差矩陣；

將狀態轉移模型重寫為量測關系式，將航向角量測θ_i與步長量測steplen_i描述為：

其中h^step()是步長量測函數，是步長量測誤差；h^angle()是航向角量測函數，是航向角量測誤差；進一步對相鄰時刻的航向角進行差分，得到差分航向角Δθ_i的量測模型：

其中h^Dangle()是差分航向角量測函數，是差分航向角量測誤差；

假定任意兩個時刻下的步長量測誤差相互獨立、相同時間內陀螺儀的偏移誤差符合同一概率分布，則步長因子f_i^steplen和差分航向角因子f_i^Dangle的描述為：

其中Σ^step是步長誤差協方差矩陣，Σ^Dangle是差分航向角誤差協方差矩陣；

步驟2.5、將導航解算問題轉化為有約束優化問題：

其中|·|是歐式距離函數，是步長偏差最大邊界，是差分航向角偏差最大邊界；

由于磁場因子、差分航向角因子和步長因子函數均為指數形式，因此目標函數可等價為最小二乘形式：

步驟3、使用改進遺傳算法解算局部注意力因子圖模型，通過交叉、變異、選擇的迭代方式求解尋優問題的最優解，譯碼得到最終導航解。