[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

本發明公開了一種基于局部注意力因子圖的地磁/PDR室內導航方法。該方法首先采集數據構建地磁指紋接口，估算行人步長和航向角的量測值，以及地磁的量測值。然后構建局部注意力因子圖模型，將各種量測值進行融合后，將解算導航軌跡問題轉化為有約束的優化問題。最后使用改進遺傳算法解算局部注意力因子圖模型。局部注意力因子圖將導航解算問題轉化為有約束優化問題。使用遺傳算法通過交叉、變異、選擇的迭代方式求解尋優問題的最優解。本發明將復雜的導航解算問題轉化為有約束優化問題，確保解算結果的合理性提高了系統抗干擾能力；本發明構造的遺傳算法編碼譯碼模型確保了迭代的可持續性；提高了算法收斂速度。

技術領域

本發明屬于組合導航技術領域，涉及因子圖優化和室內定位方法，具體涉及一種基于局部注意力因子圖的地磁/PDR室內導航方法。

背景技術

在組合導航中，地球磁場是一種重要的導航信息源。但是現有技術中常見的導航方法對地磁信息的利用十分有限，存在著特征不足、匹配錯誤、與其他定位源組合不夠深入的問題，導致定位結果精度不足。因子圖是一種概率圖模型，具備“即插即用”的特點，被廣泛應用于導航定位領域。例如公開號為CN115790592A的中國專利，采用ISAM2優化算法，在流型空間上增量求解因子圖中的狀態變量，并基于當前狀態和預積分增量進行了地球自轉及有害加速度的補償，實現了基于因子圖的組合導航方法。但是基于最大后驗概率估計的因子圖算法在優化階段目標單一，只關注最大化或最小化目標函數，而往往缺乏對局部因子優化合理性的關注，容易出現解不符合實際的問題，影響定位準確性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種基于局部注意力因子圖的地磁/PDR室內導航方法，為因子圖模型加入嚴格的約束條件確保了解的合理性并縮小了搜索空間，使用構建地磁指紋庫的方式，將改進的因子圖模型與慣性導航器件組合，在因子圖優化階段使用改進的遺傳算法求解因子圖模型，提高了導航定位的精度并保證了解的合理性，解決了現有技術中地磁信息利用有限、因子圖的解不合理的問題。

一種基于局部注意力因子圖的地磁/PDR室內導航方法，具體包括以下步驟：

步驟1、在導航測試區域按網格采集磁場數據并進行時間平均計算，構造包含磁場大小的地磁指紋庫。使用Bicubic插值方法進行插值，構建地磁指紋接口。

步驟2、在導航測試區域按照測試軌跡連續步行，同時采集磁場數據與慣性器件數據，包含三軸磁強計量測、三軸加速度計量測和三軸陀螺儀量測。使用步長估計算法解算步行的單步步長，作為步長量測值；使用步伐監測算法定位步伐時間戳，計算步行軌跡中每一步的航向角作為航向角量測值；計算對應時間戳下地磁大小，作為地磁量測值。

步驟3、構建局部注意力因子圖模型，將步驟2得到的各種量測值通過局部注意力因子圖模型融合，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3.1、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3.2、構建因子結點模型：