基于粒子滤波的地磁室内定位算法研究

发布时间：2020-07-23 06:22

【摘要】：近几年基于位置服务的需求明显增加,室内定位的重要性也越发突出。现有的室内定位方案包括基于Wi-Fi、蓝牙、超宽带、地磁等技术。其中基于指纹匹配的地磁定位技术不需要额外设备投入且信号稳定受到更多的关注。粒子滤波算法是地磁室内定位系统中常用的匹配算法,然而在使用地磁强度进行地磁特征匹配时会导致定位结果误差过大,甚至出现定位失真现象。针对这一问题,本文提出一种基于地磁强度的地磁序列匹配模式,利用动态时间规整算法与相关性系数改进粒子滤波。首先,本文在实验过程中基于MATLAB平台利用装载HMC5983地磁传感器的测量机器人进行粒子滤波算法仿真实验,结果表明粒子滤波算法使用地磁强度情况下出现误差过大以及收敛后定位丢失,然后利用改进算法进行仿真实验对比,实验结果显示改进算法定位收敛后误差小于1米且结果稳定,不存在定位失真现象。智能手机集成了包括地磁传感器在内的多种传感器。本文为了验证该算法的可推广性,利用智能手机进行实际定位。在使用智能手机进行地磁室内定位开始前,首先基于Nokia7利用Android平台开发传感器数据采集App,所用内置传感器为地磁传感器,加速度传感器和游戏矢量传感器,然后用户手持手机在走廊步行定位。实验表明基于智能手机的改进粒子滤波算法在定位收敛后精度优于3米。粒子滤波中定位失真现象在改进算法中得到完善,且改进算法具有实际可推广性。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713;P318
【图文】：

图 2-1 地球磁场的七参数Fig.2-1 Seven parameters of the earth's magnetic field场上，磁场是矢量场，这意味着在任何给定的位置，它们的某些特性在日常生活中很常见：永久磁铁吸引和排斥种器具，在过去的几个世纪里，指南针的指向与地球磁对人类而言是非常珍贵的。地磁场是室内干扰场的基础钢结构以及铁磁性材料等会在不同区域以各种方式扭曲独特且具有空间连续性的室内干扰场 M室内，如图 2-2。

图 2-1 地球磁场的七参数Fig.2-1 Seven parameters of the earth's magnetic field2.1.2 室内干扰场在宏观尺度上，磁场是矢量场，这意味着在任何给定的位置，它们都有一个方向和数值大小。磁场的某些特性在日常生活中很常见：永久磁铁吸引和排斥铁磁材料所产生的力量被用于各种器具，在过去的几个世纪里，指南针的指向与地球磁场方向保持一致同时早已证明它对人类而言是非常珍贵的。地磁场是室内干扰场的基础，同时建筑物中的钢筋混泥土和钢结构以及铁磁性材料等会在不同区域以各种方式扭曲磁场，引起地磁场异常从而形成独特且具有空间连续性的室内干扰场 M室内，如图 2-2。

不区分地磁场和地磁干扰，直接使用室内3 3 ，并且将它的强度 M 映射到空间每建为地磁指纹构建与匹配定位两个部分，如图，它是室内地磁定位的开端，目前常用的方法考点法；（3）手持手机法。机器人构建法是指移动机器人从一个起始点开始进行室内磁场数区域进行格网化，将每个格网点作为参考点，手持手机法是指行人手持智能手机进行数据连过移动的载体由移动机器人变成了人，最后再述方法采集完定位区域的地磁数据时，需要对据插值。本文使用的是第二种方法，构建指纹走廊坐标系，如图 2-4。

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