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专利号: 2017102909741
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.面向WiFi/PDR室内融合定位的自适应卡尔曼滤波方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、在目标区域内,给定用户的初始位置X′0|0;

步骤二、用户接收第i个AP的信号强度 i=1,…,m,m为AP的个数;

步骤三、根据对数正态分布的路径损耗模型 其中,A表示在参考距离d0处所接收到的信号强度;η表示路径损耗指数;N0表示环境噪声,服从均值为0,方差σ2的高斯分布,计算用户和每个AP之间的距离,其中,di表示用户和APi之间的距离,APi表示第i个AP;

步骤四、已知AP1,…,APm的位置坐标分别为(x1,y1),…,(xm,ym),并设用户的位置坐标为(x,y),根据步骤三得到的用户和每个AP之间的距离,构造双曲线方程;

步骤五、采用加权最小二乘法,给用户和每个AP之间的距离赋予权重,计算出基于WiFi的估计位置步骤六、已知用户初始位置X′0|0,采用PDR算法实现对用户的相对定位,进而推算出用户在tk时刻的位置(xk,yk);

步骤七、在卡尔曼滤波的预测阶段,得到预测状态X′k|k-1和对应该预测状态的协方差Pk|k-1;

步骤八、在卡尔曼滤波的更新阶段,得到卡尔曼增益Kk和当前时刻的估计状态X′k|k;

步骤九、利用卡尔曼滤波器的估计结果X′k|k作为输入,校准路径损耗指数;

步骤十、设置可收敛的迭代阈值 其中, 和 分别是X轴和Y轴方向的方差,即协方差矩阵Pk|k对角线上的元素,α是可调系数,并计算 其中, 表示在第k时刻第j次迭代更新后的估计位置, 表示在第k时刻第j-1次迭代更新后的估计位置;

步骤十一、判断 是否小于阈值T;是,则进入步骤十二;否,则进入步骤九;

步骤十二、更新RSSI测量误差协方差σR;

步骤十三、更新卡尔曼增益Kk、当前时刻的估计状态 和协方差矩阵Pk|k;

步骤十四、获得用户的最佳位置 并作为下一时刻的初始位置。

2.根据权利要求1所述的面向WiFi/PDR室内融合定位的自适应卡尔曼滤波方法,其特征在于:所述步骤五包括以下步骤:

5a、根据步骤四,基于WiFi的最小二乘法估计为 其中,为用户和第i个AP之间的

估计距离,此处认为用户和每个AP之间的距离对定位结果具有相同的权重,但是信道模型属于非线性模型,因此基于对数正态分布的路径损耗模型,用户在不同的传输距离上,相同高斯分布的RSSI测量误差会导致不同的距离测量误差,即传输距离越大,则距离测量误差就越大;所以采取加权最小二乘法,其公式为 其中,S为 的协方差矩阵,将较小的传输距离赋予较大的权重,使得估计的距离具有更高的精确度;

5b、假设用户和每个AP之间的估计距离是独立的,其中, 表示用户和APi之间的估计距离,则协方差矩阵S为:其中,Var表示方差运算,即有

5c、基于步骤三的路径损耗模型,估计距离 为:其中,满足对数正态分布,令μd=lndi且 则随机变量 的K阶原点矩为

5d、根据步骤5c,可以得到:

5e、根据步骤5d,可得 由

于σd为常数且每一个估计距离的方差都含有σd,因此从协方差矩阵S中约掉常数因子并不会影响基于加权最小二乘法估计位置 即等价于

5f、基于步骤5e,可得

5g、将协方差矩阵S表示为:

5h、因此基于WiFi的估计位置

3.根据权利要求1或2所述的面向WiFi/PDR室内融合定位的自适应卡尔曼滤波方法,其特征在于:所述步骤九包括以下步骤:

9a、根据步骤三,可以得到:

9b、利用步骤八的当前时刻的估计状态X′k|k,计算 其中, 为第i个AP的位置坐标,|| ||2表示欧几里德范数;

9c、结合步骤9a和步骤9b,得到:

其中, 为当前关于第i个AP更新后的路径损耗指数;

9d、根据 重复步骤四、步骤五和步骤八,得到新的当前时刻的估计状态

4.根据权利要求3所述的面向WiFi/PDR室内融合定位的自适应卡尔曼滤波方法,其特征在于:所述步骤十二包括以下步骤:

12a、计算 其中,Told表示前一时刻关于所有AP的路径损耗指数和,η′为前一时刻第i个AP的路径损耗指数;

12b、计算 其中,Tnew表示当前时刻所有AP更新后的路径损耗指数和;

12c、当 更新时,同时更新RSSI测量误差协方差σR;

其中: 表示更新后的RSSI测量误差协方差, 表示更新前的RSSI测量误差协方差。