一种基于改进粒子滤波算法的室内融合定位方法
发布时间：2021-12-11 05:15
针对传统地磁定位粒子滤波算法因地磁场非唯一性以及状态更新方程行人航迹推算（PDR）累积误差对定位精度的影响,对其进行改进,提出了1种无线保真（WiFi）、地磁融合的室内粒子滤波定位方法。该方法通过WiFi构建初始区域,提高粒子滤波算法粒子初始的准确度;实时对初始区域进行更新,当更新后粒子与初始区域的重复度低于阈值时,对粒子重新初始化,从而实时纠正PDR的累积误差;对地磁数据进行坐标转换降低手机姿态对地磁信号稳定性的影响,并以地磁3轴数据代替地磁强度进行权重计算,增加地磁信息的维度,提高匹配率。实验证明,该方法平均定位精度在1.989 m,满足室内定位精度的需求,在定位精度以及稳定性上,均优于传统的地磁定位算法。
【文章来源】：导航定位学报. 2020,8(01)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
可得室内地磁强度具有差异性，但不具
闵?的相应的地磁指纹，即利用智能手机采集，计算地磁强度，计算公式为=x++222Μyz（1）式中：M是该特征点的地磁强度；x、y、z分别是手机采集的3轴数据。对采集的地磁强度进行处理制作等值线图，如图1所示。图1地磁强度的空间分布从图1可得室内地磁强度具有差异性，但不具有唯一性，在进行加权位置计算时，造成计算位置的偏差较明显，此外手机姿态对地磁强度的影响明显如图2所示，根据采集的磁场数据，实验场内不同位置模值的最大差异为9μT，而手机姿态对图2不同姿态下地磁强度变化
第1期宋世铭.一种基于改进粒子滤波算法的室内融合定位方法101某一位置的地磁模值的最大差异为8μT，所以以地磁强度作为地磁指纹匹配率低，因此本文提出了以手机采集的地磁x、y、z3轴数据作为地磁指纹用于匹配定位。1.2地磁信息的坐标转换虽然地磁数据在稳定性上有较好的表现，但易受到手机姿态的影响，为了获取较为稳定的地磁指纹，就需要对载体坐标系下获取的地磁信息向世界坐标系下转换，载体地磁数据向世界坐标系转换如图3所示。图3载体坐标系与世界坐标系之间的转换智能手机中提供了计算旋转矩阵的方法getRotationMatrix()，可直接得到旋转矩阵R，方法getOrientation()可计算载体的航位角、俯仰角以及翻滚角。利用式（2）完成载体坐标系下向世界坐标系的地磁信息转换，即SaSaSaXxYyZz=R（2）式中：R为3×3的旋转矩阵；xa、ya、za为载体坐标系下的地磁数据；XS、YS、ZS为世界坐标系下的地磁数据。在保证俯仰角以及翻滚角不变的情况下（水平放置），改变航位角，手机采集到的原始地磁信息与世界坐标系的地磁信息分别如图4所示。由图4可得，载体坐标系下的地磁数据在航位角发生改变时，3轴数据会发生明显的变化，而在转换之后，3轴数据受姿态影响较小，因此采集世图4载体坐标系与世界坐标下的地磁3轴数据界坐标系下的地磁信息作为地磁指纹。然而，在世界坐标系下的各地磁指纹均存在1个分量趋于0，直接用于定位时匹配度低（维度为2），为了提高地磁信息匹配的维度，需进一步将地磁指纹转化为载体坐标系下的地磁信息，转换公式为()()()aSaSaSyxzxXyYzZφθΦ=
【参考文献】：
期刊论文
[1]地磁室内定位技术研究[J]. 周家鹏,汪云甲,李昕,曹晓祥,曹鸿基. 测绘通报. 2019(01)
[2]改进粒子滤波器的室内地磁匹配精度研究[J]. 李维,黄鹤,罗德安. 测绘科学. 2018(07)
[3]基于粒子滤波联合算法的地磁室内定位[J]. 黄鹤,仇凯悦,李维,罗德安. 西南交通大学学报. 2019(03)
[4]基于智能手机的地磁/WiFi/PDR的室内定位算法[J]. 阮琨,王玫,罗丽燕,熊璐琦,宋浠瑜. 计算机应用. 2018(09)
[5]基于地磁指纹和PDR融合的手机室内定位系统[J]. 李思民,蔡成林,王亚娜,邱云翔,黄艳虎. 传感技术学报. 2018(01)
硕士论文
[1]基于位置指纹方法的WIFI室内定位技术研究[D]. 李航.长春工业大学 2018
[2]基于地磁场和智能手机的粒子滤波室内定位算法[D]. 刘夫玉.南京邮电大学 2017
[3]适用手机多使用模式的地磁匹配室内定位方法的研究与实现[D]. 李罩羚.东南大学 2017
[4]基于地磁指纹和惯性传感器的多信息融合室内定位技术研究[D]. 申文波.华南理工大学 2017
本文编号：3534074
【文章来源】：导航定位学报. 2020,8(01)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
可得室内地磁强度具有差异性，但不具
闵?的相应的地磁指纹，即利用智能手机采集，计算地磁强度，计算公式为=x++222Μyz（1）式中：M是该特征点的地磁强度；x、y、z分别是手机采集的3轴数据。对采集的地磁强度进行处理制作等值线图，如图1所示。图1地磁强度的空间分布从图1可得室内地磁强度具有差异性，但不具有唯一性，在进行加权位置计算时，造成计算位置的偏差较明显，此外手机姿态对地磁强度的影响明显如图2所示，根据采集的磁场数据，实验场内不同位置模值的最大差异为9μT，而手机姿态对图2不同姿态下地磁强度变化
第1期宋世铭.一种基于改进粒子滤波算法的室内融合定位方法101某一位置的地磁模值的最大差异为8μT，所以以地磁强度作为地磁指纹匹配率低，因此本文提出了以手机采集的地磁x、y、z3轴数据作为地磁指纹用于匹配定位。1.2地磁信息的坐标转换虽然地磁数据在稳定性上有较好的表现，但易受到手机姿态的影响，为了获取较为稳定的地磁指纹，就需要对载体坐标系下获取的地磁信息向世界坐标系下转换，载体地磁数据向世界坐标系转换如图3所示。图3载体坐标系与世界坐标系之间的转换智能手机中提供了计算旋转矩阵的方法getRotationMatrix()，可直接得到旋转矩阵R，方法getOrientation()可计算载体的航位角、俯仰角以及翻滚角。利用式（2）完成载体坐标系下向世界坐标系的地磁信息转换，即SaSaSaXxYyZz=R（2）式中：R为3×3的旋转矩阵；xa、ya、za为载体坐标系下的地磁数据；XS、YS、ZS为世界坐标系下的地磁数据。在保证俯仰角以及翻滚角不变的情况下（水平放置），改变航位角，手机采集到的原始地磁信息与世界坐标系的地磁信息分别如图4所示。由图4可得，载体坐标系下的地磁数据在航位角发生改变时，3轴数据会发生明显的变化，而在转换之后，3轴数据受姿态影响较小，因此采集世图4载体坐标系与世界坐标下的地磁3轴数据界坐标系下的地磁信息作为地磁指纹。然而，在世界坐标系下的各地磁指纹均存在1个分量趋于0，直接用于定位时匹配度低（维度为2），为了提高地磁信息匹配的维度，需进一步将地磁指纹转化为载体坐标系下的地磁信息，转换公式为()()()aSaSaSyxzxXyYzZφθΦ=
【参考文献】：
期刊论文
[1]地磁室内定位技术研究[J]. 周家鹏,汪云甲,李昕,曹晓祥,曹鸿基. 测绘通报. 2019(01)
[2]改进粒子滤波器的室内地磁匹配精度研究[J]. 李维,黄鹤,罗德安. 测绘科学. 2018(07)
[3]基于粒子滤波联合算法的地磁室内定位[J]. 黄鹤,仇凯悦,李维,罗德安. 西南交通大学学报. 2019(03)
[4]基于智能手机的地磁/WiFi/PDR的室内定位算法[J]. 阮琨,王玫,罗丽燕,熊璐琦,宋浠瑜. 计算机应用. 2018(09)
[5]基于地磁指纹和PDR融合的手机室内定位系统[J]. 李思民,蔡成林,王亚娜,邱云翔,黄艳虎. 传感技术学报. 2018(01)
硕士论文
[1]基于位置指纹方法的WIFI室内定位技术研究[D]. 李航.长春工业大学 2018
[2]基于地磁场和智能手机的粒子滤波室内定位算法[D]. 刘夫玉.南京邮电大学 2017
[3]适用手机多使用模式的地磁匹配室内定位方法的研究与实现[D]. 李罩羚.东南大学 2017
[4]基于地磁指纹和惯性传感器的多信息融合室内定位技术研究[D]. 申文波.华南理工大学 2017
本文编号：3534074
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