利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2018111587652
申请人: 桂林电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于优化卡尔曼滤波的非视距室内定位方法,其特征是:包括如下步骤:(1)配置超声波定位系统:建议室内定位模型,采取超声波作为载体,被动式定位方式,在定位锚点BSi安放超声波发射装置,待定位节点P安放超声波接收装置;

(2)采用TDOA算法处理接收信号:采取TDOA算法 ,其中,BS1为TDOA基准锚点,假设BS1无故障,利用两次WLS迭代计算出TDOA值坐标;

(3)采用优化卡尔曼滤波器减小连续定位误差:根据步骤(2)所得定位数据和系统参数,建立卡尔曼滤波模型,利用时间更新过程和状态更新过程得到TDOA优化值,根据增益矩阵 对更新值正反馈, 的求解公式为;

(4)上传连续定位数据:将经过处理后的精确定位结果呈现出来。

2.根据权利要求1所述的基于优化卡尔曼滤波的非视距室内定位方法,其特征是:步骤(1)所述的超声波室内定位系统,是选取18-22kHz的超声波。

3.根据权利要求1所述的基于优化卡尔曼滤波的非视距室内定位方法,其特征是:步骤(2)所应用的TDOA算法是:若伪超声波在待定位节点P和各锚点BSi之间按直线传播,并且已经测得伪超声波从P到BSi的传播距离与P到基准锚点(设定为BS1)的传播距离差,则P应位于分别以BSi和BS1作为焦点的一组双曲线交点上,TDOA定位算法至少需要3个以上的定位锚点参与,并且要保障基准锚点无故障;

对于TDOA测量,采用Chan算法进行求解,该算法通过两次加权最小二乘迭代对定位预测估值达到最优,算法表达式如下:其中,待定位节点坐标 , 基准锚点 , 其余各锚点 ,

该表达式的最大似然估计为 ,其中,

, , 为误差矢量;此结果

计算出未知节点的最大似然估计解,但其中 仍是未知量,再次对此式进行WLS计算,得到下式:根据上式得到,待定位节点坐标 为 。

4.根据权利要求1所述的基于优化卡尔曼滤波的非视距室内定位方法,其特征是:步骤(3)中所应用优化卡尔曼滤波器,是将步骤2所得结果结果进行有效滤波,当待定位节点和测量锚点处于非视距情况时,TDOA算法无法进行有效定位计算,而卡尔曼滤波器,将同频带的信号和噪声,在线性系统的状态空间基础上,利用输出和输入数据进行系统状态的最优估计,在室内定位的非视距条件下,标准卡尔曼滤波器可以通过TDOA计算值、系统噪声和预测值,来平滑滤除偏差过大的漂移坐标,卡尔曼滤波器的标准方程如下:上式为状态方程,为t时刻的状态值, 为l维TDOA系统控制向量,为系统过程激励噪声,为 阶的增益方阵,将t-1时刻的测量值和t时刻的测量值联系一起;为 阶的控制增益矩阵,无特殊情况下一般为零矩阵;

下式为观测方程, 为系统的观测噪声,一般为期望为零的白噪声向量,为状态变量对观测变量 的增益;

卡尔曼滤波器的后验估计值公式如下:

其中,卡尔曼增益矩阵为 ,为观察噪声 的协方差矩阵,一般

为常数, 为残差,即真实值和估计值的差值;当残差值为零时,后验结果和先验结果相同,此系统无误差;

经验阈值 表达式如下:

其中,为测距误差阈值,为超声波定位系统误差阈值,此二值在配置室内定位系统时应提前测量;当残差奇异值的最大值大于或等于经验阈值 ,代表累计误差已经影响了测量值的准确性,此时将增益矩阵 置零,其余操作不变,进行第t+1次自循环滤波。