一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法。该方法首先采集数据构建地磁指纹接口，估算行人步长和航向角的量测值，以及地磁的量测值。然后构建局部注意力因子图模型，将各种量测值进行融合后，将解算导航轨迹问题转化为有约束的优化问题。最后使用改进遗传算法解算局部注意力因子图模型。局部注意力因子图将导航解算问题转化为有约束优化问题。使用遗传算法通过交叉、变异、选择的迭代方式求解寻优问题的最优解。本发明专利技术将复杂的导航解算问题转化为有约束优化问题，确保解算结果的合理性提高了系统抗干扰能力；本发明专利技术构造的遗传算法编码译码模型确保了迭代的可持续性；提高了算法收敛速度。提高了算法收敛速度。提高了算法收敛速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法


[0001]本专利技术属于组合导航
，涉及因子图优化和室内定位方法，具体涉及一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法。

技术介绍

[0002]在组合导航中，地球磁场是一种重要的导航信息源。但是现有技术中常见的导航方法对地磁信息的利用十分有限，存在着特征不足、匹配错误、与其他定位源组合不够深入的问题，导致定位结果精度不足。因子图是一种概率图模型，具备“即插即用”的特点，被广泛应用于导航定位领域。例如公开号为CN115790592A的中国专利，采用ISAM2优化算法，在流型空间上增量求解因子图中的状态变量，并基于当前状态和预积分增量进行了地球自转及有害加速度的补偿，实现了基于因子图的组合导航方法。但是基于最大后验概率估计的因子图算法在优化阶段目标单一，只关注最大化或最小化目标函数，而往往缺乏对局部因子优化合理性的关注，容易出现解不符合实际的问题，影响定位准确性。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1、采集导航测试区域的磁场数据与惯性器件数据，构建地磁指纹库与指纹接口，解算步长量测值、航向角量测值与地磁量测值；步骤2、构建局部注意力因子图模型，对各种量测值进行融合，并将解算导航轨迹问题转化为有约束的优化问题，具体步骤如下：步骤2.1、定义组合导航系统状态转移模型：X
i+1
＝g(X
i
)+w
i
其中X
i
＝[x
i
,y
i
]
T
是系统状态向量，x
i
和y
i
分别表示平面直角坐标系中的两个坐标值；g()是状态转移函数，w
i
是过程噪声，i是时间序列；定义组合导航系统量测模型：Z
i
＝h(X
i
)+v
i
其中Z
i
是量测向量，h()是量测函数，v
i
是量测噪声；步骤2.2、构建因子结点模型：其中f是因子结点函数，L()是误差概率函数，是系统状态向量的预测；步骤2.3、引入局部注意力，约束因子结点的可行域范围，重构因子图模型：其中X
MAP
是所有时刻状态向量的最大后验概率估计值，X＝{X1,X2...X
i
...X
n
}，||
·
||表示求解马氏距离，Σ是残差协方差矩阵，δ
i
是约束边界；步骤2.4、量测值进行融合：定义一个高斯概率分布函数表示误差概率函数L()，则因子结点模型可以描述为：使用地磁指纹库和地磁接口，得到区域内任意位置的地磁估计值，构建地磁的因子：其中f
imag
是地磁因子，mag
i
是地磁量测值，h
mag
()是地磁接口函数，Σ
mag
是地磁误差协方差矩阵；将状态转移模型重写为量测关系式，将航向角量测θ
i
与步长量测steplen
i
描述为：描述为：其中h
step
()是步长量测函数，是步长量测误差；h
angle
()是航向角量测函数，是航向角量测误差；进一步对相邻时刻的航向角进行差分，得到差分航向角Δθ
i
的量测模型：
其中h
Dangle
()是差分航向角量测函数，是差分航向角量测误差；假定任意两个时刻下的步长量测误差相互独立、相同时间内陀螺仪的偏移误差符合同一概率分布，则步长因子f
isteplen
和差分航向角因子f
iDangle
的描述为：的描述为：其中Σ
step
是步长误差协方差矩阵，Σ
Dangle
是差分航向角误差协方差矩阵；步骤2.5、将导航解算问题转化为有约束优化问题：其中|
·
|是欧式距离函数，是步长偏差最大边界，是差分航向角偏差最大边界；由于磁场因子、差分航向角因子和步长因子函数均为指数形式，因此目标函数可等价为最小二乘形式：步骤3、使用改进遗传算法解算局部注意力因子图模型，通过交叉、变异、选择的迭代方式求解寻优问题的最优解，译码得到最终导航解。2.如权利要求1所述一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法，其特征在于：步骤1具体为：在导航测试区域按网格采集磁场数据并进行时间平均计算，构造包含磁场大小的地磁指纹库，然后使用Bicubic插值方法进行插值，构建地磁指纹接口；接着在导航测试区域按照测试轨迹连续步行，同时采集磁场数据与惯性器件数据；使用步长估计算法解算步行的单步步长，作为步长量测值；使用步伐监测算法定位步伐时间戳，计算步行轨迹中每一步的航向角作为航向角量测值；计算对应时间戳下地磁大小，作为地磁量测值。3.如权利要求1或2所述一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法，其特征在于：所述惯性器件数据包括三轴磁强计量测、三轴加速度计量测和三轴陀螺仪量测。4.如权利要求1所述一种基于局部注意力因子图的地磁/PDR室内导航方法，其特征在于：步骤3的具体过程如下：
步骤3.1、染色体编码与译码：定义状态X的长度为n，已知起始点状态X0与起始航向角θ0；定义单条染色体编码方式为：C＝{c1,c2...c
n
,c
n+1
...c
2n
}其中C是染色体向量，由2n位符号构成，c
k
是第k个位置的等位基因；前n个等位基因为步长等位基因，第n+1个至第2n个基因为差分航向角等位基因；定义如下映射关系：其中，c
i
、c
i+n
分别表示第i个和第i+n个位置的等位基因；是步长的估计，是差分航向角的步长估计；等位基因c
k
的取值范围始终限定在区间(
‑
1,1)，是步长量测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽华，尚俊娜，施浒立，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：