基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法，首先利用GSM无线信号的多径及非视距传播造成的位置指纹特性，采用搜索匹配进行位置指纹定位；然后根据惯性传感器件的输出数据解算出目标行人行走速度和航向角，获得用户的相对位置信息；最后利用抗差扩展卡尔曼滤波器将两者输出的位置结果进行融合。本发明专利技术通过引入抗差扩展卡尔曼滤波算法，将GSM环境下位置指纹定位结果与MEMS输出数据结合，使定位系统间优势互补，能够有效地克服MEMS器件定位存在的累积误差和GSM定位中存在的RSSI扰动对定位精度带来的影响，全方位覆盖定位盲点，在室内环境中实现高精度的定位效果。

High precision indoor fusion localization method based on GSM/MEMS fusion

The invention discloses a fusion method for high precision indoor GSM/MEMS fusion based on the characteristics of the first location fingerprint using multipath GSM wireless signal and NLOS propagation caused by search, matching fingerprint location; then according to the output number of inertial sensors according to the calculated target pedestrian walking speed and heading angle, relative position information access to the user; finally using robust extended Calman filter between the position of the output results fusion. By introducing the robust extended Calman filter algorithm, the fingerprint location results under the environment of GSM and MEMS combined with the output data, the positioning system between the complementary advantages, can effectively overcome the accumulative error and GSM positioning positioning MEMS device in RSSI disturbance influence on the positioning accuracy of the positioning, full coverage blind spots and to achieve higher localization accuracy in indoor environment.

【技术实现步骤摘要】
基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法
本专利技术属于室内定位技术，具体涉及一种基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法。
技术介绍
基于位置感知的服务(LocationBasedService,LBS)为人们日常生活带来巨大便利，巨大的定位市场需求推动了定位技术的飞速发展。室内高精度定位作为对全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)的补充，具有广阔的市场前景。在主动定位方面，室内定位技术能为火灾、矿井等搜救，医疗救护，物流管理，设备监测等场合带来巨大便利，同时在被动定位方面，通过数据挖掘和大数据分析，实现有针对的商品信息推送、儿童监护以及目的性引导，具有广泛的应用价值。目前，主流的室内定位系统有射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)定位系统、蓝牙(Bluetooth)定位系统、无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)定位系统、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)传感器自主定位系统、红外线(InfraredRay，IR)定位、超宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选定目标定位区域，设置坐标原点和H个参考点，建立位置指纹坐标系；步骤二、利用扫频的方式采集GSM信号强度值；利用GSM路测软件，设置不同的预设频点

【技术特征摘要】
1.一种基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选定目标定位区域，设置坐标原点和H个参考点，建立位置指纹坐标系；步骤二、利用扫频的方式采集GSM信号强度值；利用GSM路测软件，设置不同的预设频点和基站识别色码其中ai＝1,2,…,NA,i＝1,2,…f1，bj＝1,2,…,NB,j＝1,2,…f2；步骤三、采集并存储所述步骤一中参考点p处在预设频点和基站识别色码下的接收信号强度值p＝1,2…H，直到p＝H时存储完成，构建位置指纹数据库；步骤四、在线阶段，采集动态行走区域内接收信号强度值RSSoli，将同一秒中采集到的信号强度序列取均值，按秒为标准进行存储，第t秒采集到的信号强度值对应于步骤二中设置的频点和基站识别色码即步骤五、运用加权K近邻法算法，将在线阶段采集的接收信号强度与位置指纹数据库进行匹配，得出GSM位置指纹定位结果(xGSM,yGSM)；步骤六、计算加速度计输出的模值和分别表示加速度计输出的3轴加速度，通过检测该模值Anorm为峰值且大于某个设定的阈值A0来判断跨步，此时累计步数，且在第k步中包含的数据点数为其中，和分别是第k步和第k-1步的加速度计输出模值；步骤七、由传感器输出频率fs、每一步间采样点个数ΔN和行人第k步步长Pk，计算行人第k步的步行速度其中，tk是行人第K步所需的时间；步骤八、建立导航坐标系与载体坐标系之间的转换关系：其中：xn,yn,zn对应导航坐标系的东北天坐标轴方向，xb,yb,zb对应载体坐标系的右前上坐标轴方向；是关于四元数s的姿态旋转矩阵，s＝q0+q1a0+q2b0+q3c0，旋转顺序依次是东-北-天；其中，qc,c＝0,1,2,3是四元数s中的常数，a0,b0,c0是四元数的三个虚数单位，且a0·a0＝b0·b0＝c0·c0＝-1；步骤九、利用四元数s表示姿态旋转矩阵若确定旋转四元数能唯一确定姿态旋转矩阵中的各元素；步骤十、利用三次旋转的欧拉角表示姿态旋转矩阵其中，ψ,θ和γ分别是载体的航向角、俯仰角和横滚角；步骤十一、根据姿态旋转矩阵的对应关系将欧拉角矩阵转换为四元数表示方式，得出各个欧拉角的四元数表达式：步骤十二、利用基于四元数的刚体运动方程计算四元数，并建立扩展卡尔曼模型，并利用加速度计和磁力计的输出值修正刚体运动方程中的四元素，更新每一时刻的航向角ψMEMS；刚体运动方程为：式中和是陀螺仪三轴的输出，表示四元素乘法，其中，t为时间，dt表示对时间的微分；步骤十三、构造融合定位系统的卡尔曼滤波器，分别建立状态方程与观测方程；将步骤五得出的定位结果(xGSM,yGSM)，步骤七得出的运动速度vMEMS和步骤十二得出的航向角ψMEMS作为观测信息输入扩展卡尔曼滤波器；步骤十四、构造等价权函数根据输出的观测残差vi给观测信息分配不同权重，自适应调整卡尔曼滤波增益并输出最优二维位置估计值(xopt,yopt)。2.根据权利要求1所述的基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法，其特征在于：所述步骤三具体为：3a、从选取的第一个参考点开始，搜集该点处扫频到的频点i＝1,2,3...f1,ai∈NA和相对应的该频点下的基站识别色码j＝1,2,3...f2,bj∈NB,按照一一对应的形式排列，其中f1、f2对于不同的参考点收集到的个数不同；3b、根据已搜集排列出的频点和基站识别色码匹配出用路测软件捕获到该点对应的信号强度均值3c、遍历所有参考点形成的频点、基站识别色码和对应收集到的信号强度均值的子库，将相同的频点和基站识别色码进行组合，将当前参考点中新出现的频点和色码排列在子库之后；随着不断加入新的参考点，扩建位置指纹数据库，当加入所有参考点后，即形成包含所有参考点的完整位置指纹数据库。3.根据权利要求1或2所述的基于GSM/MEMS融合的高精度室内融合定位方法，其特征在于：所述步骤十二具体为：12a、将刚体运动方程表示成矩阵形式得到：2离散化后得到：式中表示四元数s的一阶导数，Ω(·)是参数的矩阵表示方式，Ts是MEMS传感器的采样间隔且I为单位矩阵；mc为此次运动中的最后一个采样点；sm＝q0,m+q1,ma0+q2,mb0+q3,mc0表示四元数在第m个采样点的取值，四元素初始值s0在系统初始对准时给定；且和表示在第m个采样点陀螺仪三轴的输出；12b、利用矢量在坐标系中的旋转关系，建立四元数表示的旋转矩阵；矢量R相对导航坐标系旋转至载体坐标系中的矢量R'：R'＝sRs-1；其中：R＝xna0+y...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仪瑶，舒月月，王向勇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50