一种融合无线电波及惯性传感器的室内地磁定位方法技术

本发明专利技术公开了一种融合无线电波及惯性传感器的室内地磁定位方法，包括离线阶段和在线阶段，离线阶段采集阶段包括如下步骤：通过移动终端对待定位区域进行数据采集后生成相应的信号空间地图；在线定位阶段中，包括以下步骤：a、根据移动终端中惯性传感器计算出的相对位置点A；b、根据移动终端中的Wi

【技术实现步骤摘要】
一种融合无线电波及惯性传感器的室内地磁定位方法


[0001]本专利技术涉及室内定位处理
，尤其涉及一种融合无线电波及惯性传感器的室内地磁定位方法。

技术介绍

[0002]在过去三十年间以GPS为代表的全球卫星导航系统重塑了人类生活，成为现代社会的一个重要技术里程碑。基于GPS全球卫星导航系统位置的服务已经成为了生活的一部分，在商业和社交中举足轻重。尤其是移动终端及其他无线设备的普遍使用，更是直接引爆了对室内位置数据的市场需求。然而由于非视线通信问题，GPS无法在室内条件下提供可靠的位置数据。因此，室内定位技术正在成为学术研究和行业应用的热点领域。
[0003]现有的商用室内定位系统依据其所依托的定位技术一般可以分为四类，第一类以计算机视觉技术为基础的室内定位系统、第二类以无线通讯技术为基础的室内定位系统、第三类以LED可见光技术为基础的室内定位系统和第四类以地磁匹配为基础的室内定位系统。现有使用较为普通的是第四类以地磁匹配为基础的室内定位系统，对于基于地磁的室内定位系统的构建无需大规模部署硬件，且地磁信号不存在非视线通信问题，也没有无线电波的阴影效应及多路效应等的干扰，只要室内空间结构保持大体不变，地磁信号就是相对稳定的。但是，目前的基于地磁信号的室内定位算法存在以下几个问题：
[0004]第一，并非所有的室内地点都存在较强的地磁指纹特征，而地磁定位算法通常会采用深度学习技术提取地磁信号的高阶相关特征，并构建复杂的指纹算法。对于基于地磁信号的室内定位系统通常都需要部署计算能力较强的云服务器，不仅提高了室内定位系统的落地成本，而且大大增加了系统实现的复杂度；
[0005]第二，为了进一步解决地磁指纹特征不足的问题，基于地磁的室内定位算法通常都会融合其他类型的室内信号如Wi
‑
Fi或者iBeacon信号等等。为了获得较好的定位效果，融合算法通常选用卡尔曼算法或是粒子滤波算法，这类算法建模复杂，且计算量较大，并且在室内定位系统的落地过程中，经常要根据客户及场馆的实际情况定制化设计算法，大大增加了项目落地的周期，提高了人力成本。
[0006]综上所述，对于现有的室内地磁定位技术作出改进，已经成为急切的需求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种融合无线电波及惯性传感器的室内地磁定位方法，其设计合理，其在不改变室内定位的精度的前提下，旨在融合无线电波及惯性传感器来进一步简化室内定位，避免基于地磁信号室内定位需大规模部署硬件。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]一种融合无线电波及惯性传感器的室内地磁定位方法，包括离线阶段和在线阶段，
[0010]离线阶段采集阶段包括如下步骤：
[0011]1)通过移动终端对待定位区域进行数据采集：用户拿着移动终端在待定位区域内采集无线电波信号和地磁信号数据一段时间，所述无线电波信号为无Wi
‑
Fi信号和iBeacon信号；
[0012]2)通过移动终端采集无线电波信号和地磁信号数据一段时间后生成相应的信号空间地图；
[0013]在线定位阶段中，其基于在上述离线阶段采集阶段基础之上进行的，包括以下步骤：
[0014]a、根据移动终端中惯性传感器计算出的相对位置点A；
[0015]1)初始化，用户拿着移动终端开始走动之前对移动终端初始化设置；
[0016]2)用户拿着移动终端开始走动，通过获取移动终端上加速度计信号，然后通过移动终端上应用步伐检测算法计算出步行时间序列；
[0017]3)通过移动终端计算出步长；
[0018]4)移动终端根据行人航向计算公式PDR和上述步骤1)、2)和3)的基础上计算惯性传感器估算出的相对位置点A；
[0019]b、根据移动终端中的Wi
‑
Fi、iBeacon和地磁信号采用指纹法计算位置；
[0020]1)将指纹法的备选位置点限定在PDR输出位置点的附近；
[0021]2)分别对Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号根据欧氏距离公式计算备选位置点在信号空间地图中的信号值与定位时观测信号值的匹配分数，其中设定近邻阈值为K，于是对于每一种信号源都有各自不同的匹配分数集合；
[0022]3)对于Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号进行成对备选点之间的信号区分度打分，计算公式如下：
[0023][0024]其中，表示信号源k时，备选点i和j之间的区分度分数，表示备选点i的匹配分数，表示备选点j的匹配分数；
[0025]4)对于Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号计算单个备选点的信号区分度，计算公式如下：
[0026][0027]其中，N表示备选点的个数，高表明信号源k在备选点i具有较高的区分度，并将做归一化处理得到权重分数
[0028]5)对于每一个备选点计算其所有信号源的权重分数的总和，选择最高的备选点作为Wi
‑
Fi/iBeacon/地磁信号输出的绝对位置B，其计算公式如下：
[0029][0030]其中，表示在信号源维度上归一化处理后的信号源k在备选点i的区分度分数，并选择FS
i
最高的备选点作为Wi
‑
Fi/iBeacon/地磁信号输出的绝对位置B；c、在上述步骤a)和步骤b)的基础上将PDR计算出的相对位置A和Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号计算出的绝对位置B进行融合，计算得到融合位置C，其计算公式如下：
[0031]x＝(1
‑
α)*x
PDR
+α*x
RF
‑
MAG
[0032]y＝(1
‑
α)*y
PDR
+α*y
RF
‑
MAG
[0033]其中α为：
[0034][0035]其中，D(P
PDR
，P
Prev
)表示PDR位置与上一次位置的距离，D(P
RF
‑
MAG
，P
Prew
)表示Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号计算出的位置与上一次位置的距离。当FS
RF
‑
MAG
值较大也就是当Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号给出的区分度分数较高时，此时更加信任Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号所计算出的融合位置C。同样地，当PDR距离距离上一次位置更远时，此时也更加信任Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号所计算出的融合位置C。
[0036]优选地，所述移动终端中惯性传感器是加速度传感器、角速度传感器或磁传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合无线电波及惯性传感器的室内地磁定位方法，其特征在于，包括离线阶段和在线阶段，离线阶段采集阶段包括如下步骤：1)通过移动终端对待定位区域进行数据采集：用户拿着移动终端在待定位区域内采集无线电波信号和地磁信号数据一段时间，所述无线电波信号为无Wi
‑
Fi信号和iBeacon信号；2)通过移动终端采集无线电波信号和地磁信号数据一段时间后生成相应的信号空间地图；在线定位阶段中，其基于在上述离线阶段采集阶段基础之上进行的，包括以下步骤：a、根据移动终端中惯性传感器计算出的相对位置点A；1)初始化，用户拿着移动终端开始走动之前对移动终端初始化设置；2)用户拿着移动终端开始走动，通过获取移动终端上加速度计信号，然后通过移动终端上应用步伐检测算法计算出步行时间序列；3)通过移动终端计算出步长；4)移动终端根据行人航向计算公式PDR和上述步骤1)、2)和3)的基础上计算惯性传感器估算出的相对位置点A；b、根据移动终端中的Wi
‑
Fi、iBeacon和地磁信号采用指纹法计算位置；1)将指纹法的备选位置点限定在PDR输出位置点的附近；2)分别对Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号根据欧氏距离公式计算备选位置点在信号空间地图中的信号值与定位时观测信号值的匹配分数，其中设定近邻阈值为K，于是对于每一种信号源都有各自不同的匹配分数集合；3)对于Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号进行成对备选点之间的信号区分度打分，计算公式如下：其中，表示信号源k时，备选点i和j之间的区分度分数，表示备选点i的匹配分数，表示备选点j的匹配分数；4)对于Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号计算单个备选点的信号区分度，计算公式如下：其中，N表示备选点的个数，高表明信号源k在备选点i具有较高的区分度，并将做归一化处理得到权重分数5)对于每一个备选点计算其所有信号源的权重分数的总和，选择最高的备选点作为
Wi
‑
Fi/iBeacon/地磁信号输出的绝对位置B，其计算公式如下：其中，表示在信号源维度上归一化处理后的信号源k在备选点i的区分度分数，并选择FS
i
最高的备选点作为Wi
‑
Fi/iBeacon/地磁信号输出的绝对位置B；c、在上述步骤a)和步骤b)的基础上将PDR计算出的相对位置A和Wi
‑
Fi信号、iBeacon信号及地磁信号计算出的绝对位置B进行融合，计算得到融合位置C，其计算公式如下：x＝(1
‑
α)*X
PDR<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐强，韩业强，吉喆，
申请(专利权)人：杭州十域科技有限公司，
类型：发明
国别省市：