一種基于建筑物規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的室內(nèi)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于建筑物規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的室內(nèi)定位方法，首先通過一般慣性傳感器定位算法解算得到初級定位結(jié)果，然后根據(jù)矩形結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)的八個先驗(yàn)方向在粒子濾波算法框架內(nèi)調(diào)整粒子權(quán)值，校正航向漂移，最后經(jīng)過重采樣可以得到軌跡修正后的定位結(jié)果，其中八個先驗(yàn)方向包含矩形四個邊的朝向與四個經(jīng)插值得到的輔助方向。本發(fā)明可利用建筑物的矩形規(guī)則結(jié)構(gòu)對定位結(jié)果進(jìn)行航向校正，顯著提高了定位精度。本發(fā)明所提出的方法穩(wěn)健性好，在行走軌跡復(fù)雜的條件下，仍能準(zhǔn)確估計(jì)航向，抑制了航向漂移，提高了長時(shí)間室內(nèi)定位的精確度。
【專利說明】一種基于建筑物規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的室內(nèi)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于慣性設(shè)備的室內(nèi)定位和導(dǎo)航技術(shù)，特別是一種基于建筑物規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的抑制航向漂移方法。

【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星導(dǎo)航信號在室內(nèi)或者城市環(huán)境下由于遮蔽和多徑現(xiàn)象，存在很大的定位誤差，難以在這樣的環(huán)境下進(jìn)行較為準(zhǔn)確的定位和導(dǎo)航?；贛EMS (微機(jī)電系統(tǒng))的IMU (慣性測量單元)可測量目標(biāo)運(yùn)動數(shù)據(jù)(包括加速度與角速度)，經(jīng)過慣性傳感器定位算法解算后得到人員的定位結(jié)果。本發(fā)明稱所有基于慣性傳感器定位解算方法得到的定位結(jié)果為初級定位結(jié)果，由于器件的漂移特性，通常這類方法解算后的定位誤差隨時(shí)間或距離增大，特別是長時(shí)間持續(xù)定位時(shí)航向誤差嚴(yán)重增大。
[0003]為了抑制初級定位結(jié)果的傳感器誤差，一般有兩種途徑:一種是提高傳感器的精度，但傳感器精度的提高會使得設(shè)備的體積、重量和成本大大增加，在很多場合不能適用；另一種是利用先驗(yàn)知識進(jìn)行校準(zhǔn)，從而在特定環(huán)境下通過算法對傳感器誤差進(jìn)行抑制。傳統(tǒng)的利用建筑物結(jié)構(gòu)校正的方法包括HDE (啟發(fā)式的方向校正)方法，但該方法在校正過程中方向僅離散為建筑物結(jié)構(gòu)的四個方向，在弧形等不規(guī)則路徑情況下或建筑物結(jié)構(gòu)局部為非矩形情況下，可導(dǎo)致錯誤的方向判斷，使航向錯誤且定位失敗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于建筑物規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的室內(nèi)定位方法，利用建筑物內(nèi)部的規(guī)則結(jié)構(gòu)對定位結(jié)果進(jìn)行校正，抑制航向的漂移，從而提聞室內(nèi)定位的精確度。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于建筑物規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的室內(nèi)定位方法，包括以下步驟:
[0006]I)確定導(dǎo)航坐標(biāo)系，確定室內(nèi)運(yùn)動目標(biāo)的初始位置與初始朝向；
[0007]2)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的朝向，確定矩形四個邊在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的初始角度Ψρ Ψ3、Ψ5與Ψ7，將所述初始角度兩兩進(jìn)行線性插值，得到四個輔助方向的角度Ψ2、Ψ4、~與Ψ8;
[0008]3)利用慣性傳感器定位方法解算測量得到的運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動數(shù)據(jù)，并根據(jù)運(yùn)動數(shù)據(jù)解算得到計(jì)算目標(biāo)位移和角度的變化量，所述變化量逐次累加得到目標(biāo)的相對方位，相對方位與初始方位相加得到初級定位結(jié)果，在所述導(dǎo)航坐標(biāo)系下表示為，下坐標(biāo)k表示第k
I K
少；
[0009]4)在初級定位結(jié)果中，通過當(dāng)前位置{xk，yj與前一位置{&，yk-J得到目標(biāo)當(dāng)前位置步長Ik與轉(zhuǎn)向角Λ θ k:
[0010]A0k= θ k- θ H

【權(quán)利要求】
1.一種基于建筑物規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的室內(nèi)定位方法，包括以下步驟: 1)確定導(dǎo)航坐標(biāo)系，確定室內(nèi)運(yùn)動目標(biāo)的初始位置與初始朝向； 2)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的朝向，確定矩形四個邊在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的初始角度ΨρΨ3、￥5與Ψ7，將所述初始角度兩兩進(jìn)行線性插值，得到四個輔助方向的角度ψ2、ψ4、￥6與v8; 3)利用慣性傳感器測量目標(biāo)的運(yùn)動數(shù)據(jù)，并根據(jù)運(yùn)動數(shù)據(jù)解算得到目標(biāo)位移和角度的變化量，所述變化量逐次累加得到目標(biāo)的相對方位，相對方位與初始方位相加得到初級定位結(jié)果，在所述導(dǎo)航坐標(biāo)系下表示為lxk，yk}，下坐標(biāo)k表示第k步； 4)在初級定位結(jié)果中，通過當(dāng)前位置lxk，yk}與前一位置Ix1^yk-J得到目標(biāo)當(dāng)前位置步長Ik與轉(zhuǎn)向角Λ ek:
其中，A =arctan(^~)士兀；Axk = Xk-X^1 ;Δ yk = yk-yk-1 ； 5)將當(dāng)前位置步長Ik與轉(zhuǎn)向角Λ9k分別加上高斯噪聲，得到當(dāng)前位置步長與轉(zhuǎn)向角的噪聲粒子1η_[1:Ν]與Λ Θ noise[1:N];其中，N為粒子數(shù)目； 6)利用當(dāng)前位置步長與轉(zhuǎn)向角的噪聲粒子?和前一位置的粒子集 CWfU-/1:' Θη[1:ν]}，得到新的粒子集{xk[1:N]，yk[1:N]，ik[1:N]，θ，]}: ik[1] = ik+i—se[1]
ek[i] = ek_/i]+A ek+A θ noise[i] Xk[i] = XkWWO ；
yk[l] = yk-1[l]+lk[l]sin( θ k[l]) 其中，I——i——N，表示第i個粒子；Θ k[i]則表示第k步時(shí)，第i個粒子的朝向；Λ θ k表示通過運(yùn)動傳感器計(jì)算得到的轉(zhuǎn)角，即朝向變化量；Λ 表示高斯噪聲模型下帶來的隨機(jī)轉(zhuǎn)角分別表示第k-Ι個位置下第i個粒子的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 7)根據(jù)上述步驟2)確定的矩形建筑內(nèi)的八個方向，按照下式更新每個粒子的權(quán)值:
其中，為建筑物的引導(dǎo)向、σ 2為選用的高斯噪聲模型的方差、Wkm為第i個粒子在第k步的權(quán)值； 8)對每個粒子的權(quán)值分別進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化權(quán)值wk[1:N]； 9)根據(jù)歸一化權(quán)值wk[1:N]，按照剩余重采樣方法對所有粒子進(jìn)行重采樣，得到位置的粒子{xk[1:N],yk[1:N]}； 10)對上述位置的粒子Ixk[1:N]，yk [1:N]}取均值，得到航向校正后的位置:
【文檔編號】G01C21/16GK104197936SQ201410457534
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】王雅敏 申請人:長沙格致電子科技有限公司