基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法技术

本发明专利技术涉及室内定位领域，公开了基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法，包括建立蓝牙节点网；进行参数初始化配置；根据加速度计数据进行步态识别；按照单步时段划分和解析蓝牙信号数据，得到蓝牙节点单步信号强度序列；对信号强度序列进行单步信号强度序列抗差处理；将抗差后的单步信号强度值分别与信号强度识别阈值进行比较；对可观测蓝牙节点的单步信号强度值排序，对排序最大的信号强度值进行逼近判别；进行临近校正。本发明专利技术通过单步抗差滤波法对每步获得的可观测蓝牙节点的信号强度序列进行抗差处理，减小了信号强度值中的粗差影响，排除了大幅抖动，避免了频繁错误校正和轨迹调动问题，提升了行人步行定位校正的精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法
本专利技术涉及室内定位
，具体地涉及基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法。
技术介绍
目前室内环境部署较多的WLAN设备，虽然不需要额外部署且其信号覆盖范围较大，但存在较强的多径效应。WiFi定位通常采用指纹定位技术，但是基于指纹法定位需要在离线阶段花费人力和时间成本采集大量训练数据来构建指纹数据库，在室内环境AP的变化或者室内布局的变化都会影响指纹数据库的质量。近几年来智能手机的大面积普及，越来越多的传感器被集成到手机中，手机可获取环境中更多的数据，进一步推动了步行者航位推算(PedestrianDeadReckoning,PDR)技术的发展。2016年，王革超等人提出了加速度差分(AD-FSM)算法改进了有限状态机的方法，能在干扰状态下准确计步；2015年，Kang等人结合了陀螺仪和磁场传感器后提出了SmartPDR；但上述这些单纯依赖手机传感器数据进行定位会造成严重的累计误差问题，在2015年上海交通大学的杨帆等人使用PDR和WiFi结果的定位方式，PDR数据可以为指纹法定位缩小指纹数据库匹配范围。蓝牙临近的PDR校正法已被广泛用于室内定位应用。智能手机接收蓝牙信号，输出蓝牙信号强度。当智能手机靠近蓝牙节点时，将蓝牙节点位置作为智能手机的当前位置，从而重新初始化PDR算法的起算位置，实现PDR轨迹校正。经典蓝牙PDR校正方法根据手机观测的蓝牙信号强度，进行蓝牙临近判别。通过分析蓝牙信号传播模型，设定蓝牙信号强度阈值，当观测蓝牙信号强度大于阈值时，即将蓝牙位置作为智能手机的已知位置，校正PDR结果偏差。由于蓝牙信标发射功率存在波动范围，且信号传播过程中容易受到行人等动态遮挡，导致手机传感器观测的蓝牙信号强度出现跳动。跳动的蓝牙观测信号强度，带来了蓝牙临近识别的不确定性，导致了PDR校正结果出现较大偏差、跳变、错误等。而经典的阈值判别方法，在蓝牙临近判别中面临着判别阈值选取的困难问题。阈值设定过高时，缩小了校正范围，降低了用户进入校正区的可能性，存在校正点未被识别而错过校正的问题。当阈值设定过低，放大了校正范围，存在过早校正用户位置问题，出现校正误差偏大、校正时用户轨迹跳变明显、进入较大校正范围内用户轨迹停滞不动等问题。
技术实现思路
本专利技术提供基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法，从而解决现有技术的上述问题。基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法，包括以下步骤：S1)建立蓝牙节点网，所述蓝牙节点网包括若干个蓝牙节点，所述若干个蓝牙节点分别位于建筑物的不同位置处；S2)对PDR系统进行参数初始化配置，对距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0进行初始化；S3)将每个可观测蓝牙节点的信号强度序列清空；S4)PDR系统接收所有可观测蓝牙节点的蓝牙数据，进行蓝牙数据解析，得到每个可观测蓝牙节点的设备号以及信号强度，对信号强度进行存储并累积到对应的可观测蓝牙节点的信号强度序列中，得到所有可观测蓝牙节点的信号强度序列；S5)PDR系统接收加速度计数据，并根据所述加速度计数据进行步态识别，判断用户是否行进了一步，若是，则进入步骤S6)；若否，则返回步骤S4)；S6)对所有可观测蓝牙节点的信号强度序列分别进行单步信号强度序列抗差处理，得到所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值；S7)设定信号强度识别阈值，将所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值分别与信号强度识别阈值进行比较，将抗差后的单步信号强度值大于信号强度识别阈值的可观测蓝牙节点作为移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点；S8)对所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的单抗差后的单步信号强度值进行排序，获得信号强度最大值S1，与所述信号强度最大值S1对应的可观测蓝牙节点的设备号为B1；S9)进行单步信号强度逼近判别，判断所述信号强度最大值S1是否小于距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0，若否，则进入步骤S10)；若是，则进入步骤S11)；S10)进行参数更新，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0值更新为信号强度最大值S1，返回步骤S3)；S11)进行临近校正，将与所述信号强度最大值S1对应的可观测蓝牙节点B1作为距离移动终端最近的可观测蓝牙节点、并对PDR系统的输出位置进行校正，PDR系统校正后的输出位置为蓝牙节点B1的位置，进入步骤S12)；S12)判断是否继续定位，若是，则返回步骤S2)；若否，则结束定位。进一步的，步骤S6)中，对所有可观测蓝牙节点的信号强度序列分别进行单步信号强度序列抗差处理，得到所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值，包括以下步骤：S61)获取步行者从前一步行进至当前步过程中移动终端观测到的第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列，第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列包括单步时段内若干个信号强度观测值，单步时段为步行者在行走过程中的前一步的记录时刻与当前步的记录时刻之间的间隔，将第j个可观测蓝牙节点的单步时段内第i个信号强度观测值记为时不变观测值i＝1、2、…、n，n为步行者从前一步行进到当前步过程中的可观测蓝牙节点单步时段内采集的信号强度个数；j＝1、2、…、m，m为可观测蓝牙节点的总个数；S62)根据第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列获得第j个可观测蓝牙节点的信号强度序列均值将第j个可观测蓝牙节点的信号强度序列均值作为第j个可观测蓝牙节点的抗差估计初始值；S63)计算第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列中的第i个信号强度残差以及方位角方差为第j个可观测蓝牙节点的信号强度中误差；S64)根据第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列中的第i个信号强度残差设置信号强度权值判断第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列中的第i个信号强度残差的绝对值是否小于若是，则设置第j个可观测蓝牙节点的第i个信号强度观测值的信号强度权值若否，则设置第j个可观测蓝牙节点的第i个信号强度观测值的信号强度权值S65)根据第j个蓝牙节点的所有信号强度观测值的信号强度权值计算第j个蓝牙节点的信号强度滤波值S66)判断是否成立，若是，则表明滤波收敛，输出第j个可观测蓝牙节点的信号强度滤波值进入步骤S57)；若否，则根据第j个可观测蓝牙节点的信号强度滤波值对第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列均值进行更新，获得更新后的第j个可观测蓝牙节点的信号强度序列均值返回步骤S63)；S67)将信号强度滤波值作为抗差后的单步信号强度值，依次输出所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值。在步骤S61)中，步行者前一步时刻与当前步时刻之间的时间间隔为单步时段；对行进过程中采集的每个可观测蓝牙节点的信号强度值形成的时间序列按单步时段划分，得到每个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列。进一步的，步骤S2)中，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0初始化为-100dB。进一步的，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1)建立蓝牙节点网，所述蓝牙节点网包括若干个蓝牙节点，所述若干个蓝牙节点分别位于建筑物的不同位置处；/nS2)对PDR系统进行参数初始化配置，对距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0进行初始化；/nS3)将每个可观测蓝牙节点的信号强度序列清空；/nS4)PDR系统接收所有可观测蓝牙节点的蓝牙数据，进行蓝牙数据解析，得到每个可观测蓝牙节点的设备号以及信号强度，对信号强度进行存储并累积到对应的可观测蓝牙节点的信号强度序列中，得到所有可观测蓝牙节点的信号强度序列；/nS5)PDR系统接收加速度计数据，并根据所述加速度计数据进行步态识别，判断用户是否行进了一步，若是，则进入步骤S6)；若否，则返回步骤S4)；/nS6)对所有可观测蓝牙节点的信号强度序列分别进行单步信号强度序列抗差处理，得到所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值；/nS7)设定信号强度识别阈值，将所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值分别与信号强度识别阈值进行比较，将抗差后的单步信号强度值大于信号强度识别阈值的可观测蓝牙节点作为移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点；/nS8)对所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的单抗差后的单步信号强度值进行排序，获得信号强度最大值S1，与所述信号强度最大值S1对应的可观测蓝牙节点的设备号为B1；/nS9)进行单步信号强度逼近判别，判断所述信号强度最大值S1是否小于距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0，若否，则进入步骤S10)；若是，则进入步骤S11)；/nS10)进行参数更新，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0值更新为信号强度最大值S1，返回步骤S3)；/nS11)进行临近校正，将与所述信号强度最大值S1对应的可观测蓝牙节点B1作为距离移动终端最近的可观测蓝牙节点、并对PDR系统的输出位置进行校正，PDR系统校正后的输出位置为蓝牙节点B1的位置，进入步骤S12)；/nS12)判断是否继续定位，若是，则返回步骤S2)；若否，则结束定位。/n...

【技术特征摘要】
1.基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)建立蓝牙节点网，所述蓝牙节点网包括若干个蓝牙节点，所述若干个蓝牙节点分别位于建筑物的不同位置处；
S2)对PDR系统进行参数初始化配置，对距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0进行初始化；
S3)将每个可观测蓝牙节点的信号强度序列清空；
S4)PDR系统接收所有可观测蓝牙节点的蓝牙数据，进行蓝牙数据解析，得到每个可观测蓝牙节点的设备号以及信号强度，对信号强度进行存储并累积到对应的可观测蓝牙节点的信号强度序列中，得到所有可观测蓝牙节点的信号强度序列；
S5)PDR系统接收加速度计数据，并根据所述加速度计数据进行步态识别，判断用户是否行进了一步，若是，则进入步骤S6)；若否，则返回步骤S4)；
S6)对所有可观测蓝牙节点的信号强度序列分别进行单步信号强度序列抗差处理，得到所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值；
S7)设定信号强度识别阈值，将所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值分别与信号强度识别阈值进行比较，将抗差后的单步信号强度值大于信号强度识别阈值的可观测蓝牙节点作为移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点；
S8)对所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的单抗差后的单步信号强度值进行排序，获得信号强度最大值S1，与所述信号强度最大值S1对应的可观测蓝牙节点的设备号为B1；
S9)进行单步信号强度逼近判别，判断所述信号强度最大值S1是否小于距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0，若否，则进入步骤S10)；若是，则进入步骤S11)；
S10)进行参数更新，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的信号强度S0值更新为信号强度最大值S1，返回步骤S3)；
S11)进行临近校正，将与所述信号强度最大值S1对应的可观测蓝牙节点B1作为距离移动终端最近的可观测蓝牙节点、并对PDR系统的输出位置进行校正，PDR系统校正后的输出位置为蓝牙节点B1的位置，进入步骤S12)；
S12)判断是否继续定位，若是，则返回步骤S2)；若否，则结束定位。


2.根据权利要求1所述的基于蓝牙信号单步抗差滤波与逼近判别的定位校正方法，其特征在于，步骤S6)中，对所有可观测蓝牙节点的信号强度序列分别进行单步信号强度序列抗差处理，得到所有可观测蓝牙节点抗差后的单步信号强度值，包括以下步骤：
S61)获取步行者从前一步行进至当前步过程中移动终端观测到的第j个可观测蓝牙节点的单步信号强度序列，所述第j个可观...

【专利技术属性】
技术研发人员：李得海，秘金钟，党亚民，徐浩，魏盛桃，周宁，陈冲，刘霄，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11