基于粒子滤波的定位方法、装置、计算机设备和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开基于粒子滤波的定位方法、装置、计算机设备和存储介质，将矿井中各目标对象通过UWB协议与最近的两个定位分站通讯，以获取目标对象的原始测量位置；创建粒子滤波器，对粒子数量及初始状态参数进行初始化；基于状态转移方程预测目标对象的下一时刻位置；粒子滤波器根据原始测量位置计算每个粒子对目标对象的位置影响权重，获取的权值进行归一化处理；经过反复迭代处理后，当粒子滤波器滤波计算出目标对象的估计位置满足预定义的偏差阈值时，将该目标对象的估计位置作为目标对象的真实位置记录并输出。粒子滤波方法与目标测量算法相结合，提高预测目标对象位置的精度，使得预测位置更接近目标对象的位置，达到对巷道中监控目标的精确定位。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子滤波的定位方法、装置、计算机设备和存储介质
本专利技术涉及地理位置无线定位
，尤其涉及一种基于粒子滤波的定位方法、装置、计算机设备和存储介质。
技术介绍
矿井人员定位系统在矿井安全生产过程中有着举足轻重的地位，目前使用的矿井人员定位系统，主要分为区域人员定位和精确人员定位两种类型，精确人员定位技术由于能够提供更精确的人员定位的信息，所以矿井用户对这项技术的重视程度日益提高。基于飞行时间测距法(Timeofflight，简称TOF)的测距技术是目前主要的精确定位技术。该测距信息是假设在视距的情况下测得的距离，由于受到巷道中其他物体的遮挡、巷道的起伏和转弯的影响，从目标到定位分站的信号通过反射传播，将会导致测量的时间变长，从而测得的距离会变大，另外由于定位分站时钟的误差，例如时钟误差1ns就会有30厘米的误差，也会导致目标测量距离与实际距离有所偏差，所以需要通过算法优化，提高目标定位准确度。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术为解决现有技术缺陷和不足，提出了一种基于粒子滤波的飞行时间测距法对矿井人员或车辆的运动进行精确定位的方法及装置。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于粒子滤波的定位方法，所述定位方法包括如下步骤：将矿井中各目标对象通过UWB协议与最近的两个定位分站通讯，以获取所述目标对象的原始测量位置；创建粒子滤波器，对粒子数量及初始状态参数进行初始化设置；基于状态转移方程预测所述目标对象的下一时刻位置；所述粒子滤波器根据所述原始测量位置计算每个粒子对所述目标对象的位置影响权重，获取的权值进行归一化处理；经过反复迭代处理后，当所述粒子滤波器滤波计算出目标对象的估计位置满足预定义的偏差阈值时，将该目标对象的估计位置作为目标对象的真实位置记录并输出。作为进一步的改进技术方案，所述将矿井中各目标对象通过UWB协议与最近的两个定位分站通讯，以获取所述目标对象的原始测量位置具体包括如下步骤：在矿井巷道中各目标对象上设置定位标签；各目标对象上的定位标签通过UWB协议与距离其最近的两个定位分站-分站1和分站2，分别进行通讯连接，获取所述目标对象到两个定位分站的第一距离r1和第二距离r2；根据分站1(x1，y1)、分站2(x2，y2)的坐标、第一距离r1、第二距离r2计算出第一距离r1和第二距离r2与矿井巷道中心线的四个焦点a1(xa1，ya1)，a2(xa2,ya2),b1(xb1,yb2)，b2(xb2,yb2)；计算所述四个焦点的两点间距离a1b1、a1b2、a2b1、a2b2，并取间距最小的一组两点间距离，计算其中点位置A(xa,ya)作为所述目标对象的原始测量位置。作为进一步的改进技术方案，所述创建粒子滤波器，对粒子数量及初始状态参数进行初始化设置包括如下具体步骤：构建一个递归的贝叶斯状态估计器；设置粒子数量≤20个，初始化每个粒子的权重相等，为1/N，其中N为粒子数量；根据前一次的测量位置、矿井巷道走向和宽度信息将粒子的初始位置设置于所述矿井巷道的内部测量位置附近。作为进一步的改进技术方案，所述基于状态转移方程预测所述目标对象的下一时刻位置中，所述状态转移是指所述目标对象运动状态随时间的更新，通过模型中的状态方程来描述所述目标对象运动到下一时刻的测量位置，其中模型为匀速运动模型和匀加速运动模型。作为进一步的改进技术方案，所述粒子滤波器根据所述原始测量位置计算每个粒子对所述目标对象的位置影响权重，获取的权值进行归一化处理具体包括如下步骤：所述粒子滤波器获取所述目标对象的原始测量位置A(xa,ya)；根据每个粒子对所述目标对象的原始测量位置A(xa,ya)影响的权重，采用马尔可夫过程计算出每个粒子对所述原始测量位置A(xa,ya)影响的权值对所述权值根据公式进行权值归一化处理。作为进一步的改进技术方案，所述经过反复迭代处理后，当所述粒子滤波器滤波计算出目标对象的估计位置满足预定义的偏差阈值时，将该目标对象的估计位置作为目标对象的真实位置记录具体包括如下步骤：对所述粒子进行权值归一化处理经过几次迭代后，粒子出现少数粒子权重大，其他粒子权重很小的粒子退化情况；当有效粒子Nn下降到门限值NT时，对粒子进行再采样校正，将权重很小的粒子删除，有效粒子调整为再对每个有效粒子进行初始化为权重相等，为1/N，并将有效粒子的位置重新设置于所述矿井巷道的内部测量位置附近；所述粒子滤波器根据粒子当前分布及其权重触发重采样；最后经过反复迭代计算出目标对象的估计位置，当所述目标对象的估计位置小于等于预定义的偏差阈值时，将最终的目标对象的估计位置作为所述目标对象的真实位置输出。作为进一步的改进技术方案，所述预定义的偏差阈值≤30厘米。本专利技术还提供一种基于粒子滤波的定位装置，所述装置包括：原始测量位置测量单元，用于将矿井中各目标对象通过UWB协议与最近的两个定位分站通讯，以获取所述目标对象的原始测量位置；粒子滤波器初始化单元，用于创建粒子滤波器，对粒子数量及初始状态参数进行初始化设置；状态转移预测单元，用于基于状态转移方程预测目标对象的下一时刻位置；目标对象定位计算单元，用于将所述粒子滤波器根据所述原始测量位置计算每个粒子对所述目标对象的位置影响权重，获取的权值进行归一化处理；经过反复迭代后，当所述粒子滤波器滤波计算出目标对象的估计位置满足预定义的偏差阈值时，将该目标对象的估计位置作为目标对象的真实位置记录并输出。本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述基于粒子滤波的定位方法的步骤。本专利技术还提供一种存储有计算机可读指令的可读存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述基于粒子滤波的定位方法的步骤。与现有技术相比较，本专利技术提出了基于矿井巷道走向的双站中值定位算法，基于巷道和定位分站位置的先验知识，降低定位算法的复杂度，提高了系统测量的精度。引入适合多目标跟踪的粒子滤波算法，对巷道中目标对象的测量位置计算粒子的影响权重，并对权值进行归一化处理，经过几次反复迭代计算后，当目标对象的估计值满足预定义的阈值时，估计值作为滤波结果，输出作为目标对象的真实位置估计。粒子滤波方法于目标测量算法相结合，提高了预测目标对象位置的精度，使得预测位置更接近目标对象的真实位置，能够达到对矿井巷道中人员和车辆的精确定位。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明，其中：图1是本专利技术中一种计算机设备的内部结构框图；图2是本专利技术一种基于粒子滤波的定位方法优选实施例的流程图；图3是本专利技术基于粒子滤波的定位方法中目标对象测量位置算法的流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粒子滤波的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：/n将矿井中各目标对象通过UWB协议与最近的两个定位分站通讯，以获取所述目标对象的原始测量位置；/n创建粒子滤波器，对粒子数量及初始状态参数进行初始化设置；/n基于状态转移方程预测所述目标对象的下一时刻位置；/n所述粒子滤波器根据所述原始测量位置计算每个粒子对所述目标对象的位置影响权重，获取的权值进行归一化处理；/n经过反复迭代处理后，当所述粒子滤波器滤波计算出目标对象的估计位置满足预定义的偏差阈值时，将该目标对象的估计位置作为目标对象的真实位置记录并输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子滤波的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
将矿井中各目标对象通过UWB协议与最近的两个定位分站通讯，以获取所述目标对象的原始测量位置；
创建粒子滤波器，对粒子数量及初始状态参数进行初始化设置；
基于状态转移方程预测所述目标对象的下一时刻位置；
所述粒子滤波器根据所述原始测量位置计算每个粒子对所述目标对象的位置影响权重，获取的权值进行归一化处理；
经过反复迭代处理后，当所述粒子滤波器滤波计算出目标对象的估计位置满足预定义的偏差阈值时，将该目标对象的估计位置作为目标对象的真实位置记录并输出。


2.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的定位方法，其特征在于，所述将矿井中各目标对象通过UWB协议与最近的两个定位分站通讯，以获取所述目标对象的原始测量位置具体包括如下步骤：
在矿井巷道中各目标对象上设置定位标签；
各目标对象上的定位标签通过UWB协议与距离其最近的两个定位分站-分站1和分站2，分别进行通讯连接，获取所述目标对象到两个定位分站的第一距离r1和第二距离r2；
根据分站1(x1,y1)、分站2(x2,y2)的坐标、第一距离r1、第二距离r2计算出第一距离r1和第二距离r2与矿井巷道中心线的四个焦点a1(xa1,ya1)，a2(xa2,ya2),b1(xb1,yb2)，b2(xb2,yb2)；
计算所述四个焦点的两点间距离a1b1、a1b2、a2b1、a2b2，并取间距最小的一组两点间距离，计算其中点位置A(xa,ya)作为所述目标对象的原始测量位置。


3.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的定位方法，其特征在于，所述创建粒子滤波器，对粒子数量及初始状态参数进行初始化设置包括如下具体步骤：
构建一个递归的贝叶斯状态估计器；
设置粒子数量≤20个，初始化每个粒子的权重相等，为1/N，其中N为粒子数量；
根据前一次的测量位置、矿井巷道走向和宽度信息将粒子的初始位置设置于所述矿井巷道的内部测量位置附近。


4.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的定位方法，其特征在于，所述基于状态转移方程预测所述目标对象的下一时刻位置中，所述状态转移是指所述目标对象运动状态随时间的更新，通过模型中的状态方程来描述所述目标对象运动到下一时刻的测量位置，其中模型为匀速运动模型和匀加速运动模型。


5.根据权利要求3所述的一种基于粒子滤波的定位方法，其特征在于，所述粒子滤波器根据所述原始测量位置计算每个粒子对所述目标对象的位置影响权重，获取的权值进行归一化处理具体包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈博，薛胜利，
申请(专利权)人：西安震有信通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61