申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2022-03-04

公开（公告）日：2023-11-24

公开（公告）号：CN114440895B

主分类号：G01C21/20

分类号：G01C21/20;G01C21/16;G01C5/06;G01C21/18;H04W4/33;H04W4/38;G06F17/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.11.24#授权;2022.05.24#实质审查的生效;2022.05.06#公开

摘要：本发明公开了基于因子图的气压辅助Wi‑FiPDR室内定位方法。对行人轨迹推算进行了改进：基于步伐点的假设使用峰值检测和滤除方法进行步伐检测，在步长估计中使用高斯‑牛顿迭代法计算对数模型参数，在方向估计中采用跳变消除法和IIR滤波处理航向角数据。提出基于广义延拓外推法的突变过滤法滤除并替换气压数据突变值；结合稠密连接网络的CSI矫正定位方法、PDR以及差分气压测高法结果构建因子图模型，融合不同更新速率的量测信息，灵活高效即插即用。本方法能减小行人轨迹结果误差，通过突变过滤法以较低的开销完成检测，充分利用各种量测信息，提高了定位的准确率和稳定性。

主权项：1.基于因子图的气压辅助Wi-FiPDR室内定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤S1：在定位区域内布置定位装置；所述定位装置包括Wi-Fi设备、无线网卡、惯性器件模块和数字气压传感器；所述Wi-Fi设备的信号覆盖定位区域，通过无线网卡传输采集的信道状态信息，并根据对应位置的坐标构建CSI指纹库，训练定位神经网络，然后利用广义延拓插值法进行CSI指纹库扩充，得到插值指纹库；在i时刻定位神经网络根据CSI信号输出估计位置坐标，经过插值指纹库的矫正后，作为输入因子图的坐标量测数据所述惯性器件模块包含加速度计和陀螺仪，用于在定位过程中持续输出三轴加速度和航向角；所述数字气压传感器用于持续输出当前位置的气压值和气温；步骤S2：对PDR进行改进，构建步长模型，输出轨迹推算量测信息，具体包括以下步骤：步骤S21：根据惯性器件模块获取的载体坐标系下的三轴加速度a＝[axayaz]T，转换成载体坐标系的z轴竖直向下时的加速度a′＝[a′xa′ya′z]T，然后将a′z-g作为步伐检测的待检测量，对所有时刻的待检测量进行峰值检测，将低于设定阈值的步伐点时刻滤除，得到步伐点时刻集合ts1；再对步伐点集合ts1进行二次筛选，消除抖动，二次筛选后的步伐点集合ts2为： 其中，τ为最短步伐用时，为τ时间内第j个步伐点时刻，g为重力加速度；步骤S22：建立步长与加速度的对数模型：fw,b＝w·loga′zt-g+b,t∈ts2其中，w和b为模型系数，收集M次不同速度与不同路线下惯性器件模块输出的数据，构建轨迹推算训练数据集其中为行走步数，Sii为行走路程，以路程残差平方和最小为目标，采用高斯-牛顿迭代法优化对数模型fw,b中的参数，优化公式为： 其中，为第ii条训练数据的第jj步估计步长；步骤S23：获取惯性器件模块输出的航向角，当当前时刻的航向角αk与上一时刻的航向角的差值绝对值大于180°时，进行跳变处理： 其中，表示经过处理后的航向角，然后对经过处理后的航向角进行低通滤波；步骤S24：记stepLeni为i时刻的估计步长，得到用于输入因子图的PDR量测信息 步骤S3：对数字气压传感器输出的气压数据进行处理，具体包括以下步骤：步骤S31：收集一组时间序列气压数据计算L个广义延拓外推模型： 其中，为拟合函数的系数，对于第l个模型采用tm-l至tn-l时段的数据计算拟合系数，每个模型数据量为n-m+1个，利用上述L个广义延拓外推模型估计tn+1时刻的气压值 步骤S32：计算数字气压传感器输出的量测数据的标准差σ、显著性水平a以及检验统计量za2，通过广义延拓预测值估计气压真值然后设置信区间当数字气压传感器输出的量测数据超出该置信区间时，使用估计的气压真值替量测数据；步骤S33：依据差分气压转换高度公式，计算i时刻差分高度值作为输入因子图的差分气压高度量测信息 其中，为当前气温，与分为经过步骤S32过滤后相邻两个时刻的气压值；步骤S4：将步骤S1～S3得到的量测输入因子图模型；因子图的状态量为X＝[xyzα′]T，包括三轴坐标值x、y、z与航向角α′，依据输入的新的量测信息类型构建新的因子节点，并依次进行扩展结构、增量更新、变量消元，然后进行图优化，优化目标函数为： 其中，为量测误差协方差矩阵，||·||R为求取马氏距离，Δ表示求取相邻时刻变量节点的状态量差值；最后，得到优化后的因子图状态量X，将其中的三轴坐标值作为输出的定位结果。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 杭州电子科技大学 基于因子图的气压辅助Wi-Fi/PDR室内定位方法

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