一种室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法与流程

技术特征：
1.一种室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述方法包括：1)选择WLAN位置指纹数据库：计算前一时刻得到的行人3维位置距每个楼梯口的物理距离，利用计算出的物理距离是否大于某个阈值判断行人是否进出楼梯间；如果判断出没有进出楼梯间，则位置指纹数据库不变，与前一时刻的位置指纹数据库相同；如果进入楼梯间，则选择楼梯间的位置指纹数据库，如果出楼梯间，则判断为在楼层中，此时还需利用前一时刻的实际高度判断所处楼层，选择相应楼层的位置指纹数据库；2)计算行人的速度和航向：根据采集到的MEMS数据，包括3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁力计数据，利用步态检测和数据更新速率方法计算速度，四元素更新姿态矩阵方法计算航向；3)WLAN位置指纹定位：首先利用抗差扩展卡尔曼组合导航滤波器中的一步预测信息反匹配位置指纹数据库修正观测得到RSSI，然后利用修正的RSSI结合WKNN定位算法进行位置解算；4)将计算得到的速度、航向和WLAN指纹定位的位置一起带入抗差扩展卡尔曼组合导航滤波器，解算得到最优的二维位置坐标；5)高度计算：利用气压计输出数据计算海拔高度，实际的高度信息则通过判断上下楼进行高度的累加或者累减进行计算，从而实现室内跨楼层3维定位。2.根据权利要求1所述的室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述步骤(2)对行人的速度解算如下：首先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；然后通过检测模值Anorm为峰值且大于某个设定的阈值A0来判断跨步，完成步态检测；最后假设MEMS传感器的输出频率为fs，且通过检测加速度计输出模值Anorm连续两个大于阈值A0的峰值之间的数据点数ΔN，可以计算第k步所需的时间为假设行人每一步为匀速运动，则可以计算出第k步的速度为式中Pk为第k步的步长，vk为第k步计算出的速度，令第k步中每个采样时刻的速度都为vk，则每一秒可计算出fs个速度，取每一秒计算出的所有速度的均值作为该秒计算出的速度。3.根据权利要求1所述的室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述步骤(3)使用的抗差扩展卡尔曼组合导航滤波器的设计方法是：通过建立观测方程和状态方程，设计扩展卡尔曼滤波器EKF输出最优位置信息，并同时引入抗差M估计到室内融合定位算法中，形成抗差扩展卡尔曼滤波器。4.根据权利要求3所述的室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述观测方程如下：选用WLAN输出的位置信息、MEMS输出的速度和航向信息作为观测量，即观测方程如下：式中表示t时刻WLAN定位出的东位置，表示t时刻WLAN定位出的北位置，表示t时刻MEMS输出的速度，表示t时刻MEMS输出的航向；xt表示t时刻待估计的东位置，yt表示t时刻待估计的北位置，vt表示t时刻待估计的速度，表示t时刻待估计的航向，Vt表示观测噪声，是均值为0的高斯白噪声序列。5.根据权利要求3所述的室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述状态方程如下：选用东位置、北位置、速度和航向作为状态变量，即状态方程如下：式中xt表示t时刻待估计的东位置，yt表示t时刻待估计的北位置，vt表示t时刻待估计的速度，表示t时刻待估计的航向；xt-1表示t-1时刻的东位置，yt-1表示t-1时刻的北位置，vt-1表示t-1时刻的速度，表示t-1时刻的航向角，Wt-1表示过程噪声，是均值为0的高斯白噪声序列。6.根据权利要求1所述的室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述步骤(3)修正RSSI的方法如下：定义t(t＝1,2,...)时刻扩展卡尔曼预测位置到WLAN位置指纹数据库中参考点的物理距离为式中(xj,yj)为位置指纹数据库中第j个参考点的位置，n为位置指纹库中参考点总数，在计算出t时刻到所有参考点的距离Dtj后，选取K个物理距离最小的参考点对应的RSSI向量，K>1，利用类似WKNN算法得到预测的RSSI向量为式中RSSI1为得到的RSSI预测向量，RSSIm为t时刻K个与扩展卡尔曼预测位置物理距离最小的参考点中第m点对应的RSSI向量，Dtm为其对应的物理距离，为t时刻K个与扩展卡尔曼预测位置物理距离最小的参考点对应的物理距离的和，式中q为索引号；得到RSSI1后，对实测的RSSI2进行修正：RSSIt＝w×RSSI1+(1-w)×RSSI2式中RSSIt为t时刻最终的RSSI向量，w为加权系数，取值范围为0≤w≤1。7.根据权利要求1所述的室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述步骤(5)的高度计算具体方法如下：将行人行走分为3种情况：楼层中行走、上楼梯和下楼梯；通过地理位置信息，判断出行人所处的大概位置是在楼层中或者在楼梯间，如果在楼梯间，通过气压计测量的海拔高度信息判断行人上楼梯或者下楼梯，实现高度的累加或者累减，如果在楼层中，则将所处楼层的高度直接赋值给当前时刻的高度输出，实现室内空间跨楼层3维定位。8.根据权利要求7所述的室内WLAN/MEMS融合跨楼层3维定位方法，其特征在于，所述的判断出行人所处的大概位置，其具体判断如下：测试测试环境中所有楼梯口出的3维位置坐标为(xi,yi,zi),i＝1,2…,n，其中n为楼梯口总的个数，假设行人在时刻t-1的最优位置为分别计算其与每一个楼梯口的物理距离为式中di为时刻t-1的最优位置与第i个楼梯口的物理距离；设定门限r，如果di＜r且判断为进入楼梯间，此时匹配楼梯间的指纹数据库，并保存此时的气压计测量高度信息h2；如果di＜r且判断为出楼梯间，此时还需利用前一时刻的实际高度信息判断所处楼层，选择相应的位置指纹数据库，如果di＞r，则位置指纹数据库不变，与前一时刻的位置指纹数据库相同。