一种基于建筑物规则结构信息的室内定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于建筑物规则结构信息的室内定位方法，首先通过一般惯性传感器定位算法解算得到初级定位结果，然后根据矩形结构建筑物内的八个先验方向在粒子滤波算法框架内调整粒子权值，校正航向漂移，最后经过重采样可以得到轨迹修正后的定位结果，其中八个先验方向包含矩形四个边的朝向与四个经插值得到的辅助方向。本发明可利用建筑物的矩形规则结构对定位结果进行航向校正，显著提高了定位精度。本发明所提出的方法稳健性好，在行走轨迹复杂的条件下，仍能准确估计航向，抑制了航向漂移，提高了长时间室内定位的精确度。
【专利说明】一种基于建筑物规则结构信息的室内定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于惯性设备的室内定位和导航技术，特别是一种基于建筑物规则结构信息的抑制航向漂移方法。
【背景技术】
[0002]卫星导航信号在室内或者城市环境下由于遮蔽和多径现象，存在很大的定位误差，难以在这样的环境下进行较为准确的定位和导航。基于MEMS (微机电系统)的IMU (惯性测量单元)可测量目标运动数据(包括加速度与角速度)，经过惯性传感器定位算法解算后得到人员的定位结果。本发明称所有基于惯性传感器定位解算方法得到的定位结果为初级定位结果，由于器件的漂移特性，通常这类方法解算后的定位误差随时间或距离增大，特别是长时间持续定位时航向误差严重增大。
[0003]为了抑制初级定位结果的传感器误差，一般有两种途径:一种是提高传感器的精度，但传感器精度的提高会使得设备的体积、重量和成本大大增加，在很多场合不能适用；另一种是利用先验知识进行校准，从而在特定环境下通过算法对传感器误差进行抑制。传统的利用建筑物结构校正的方法包括HDE (启发式的方向校正)方法，但该方法在校正过程中方向仅离散为建筑物结构的四个方向，在弧形等不规则路径情况下或建筑物结构局部为非矩形情况下，可导致错误的方向判断，使航向错误且定位失败。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术不足，提供一种基于建筑物规则结构信息的室内定位方法，利用建筑物内部的规则结构对定位结果进行校正，抑制航向的漂移，从而提闻室内定位的精确度。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种基于建筑物规则结构信息的室内定位方法，包括以下步骤:
[0006]I)确定导航坐标系，确定室内运动目标的初始位置与初始朝向；
[0007]2)根据建筑结构的朝向，确定矩形四个边在导航坐标系下的初始角度Ψρ Ψ3、Ψ5与Ψ7，将所述初始角度两两进行线性插值，得到四个辅助方向的角度Ψ2、Ψ4、~与Ψ8;
[0008]3)利用惯性传感器定位方法解算测量得到的运动目标的运动数据，并根据运动数据解算得到计算目标位移和角度的变化量，所述变化量逐次累加得到目标的相对方位，相对方位与初始方位相加得到初级定位结果，在所述导航坐标系下表示为，下坐标k表示第k
I K
少；
[0009]4)在初级定位结果中，通过当前位置{xk，yj与前一位置{&，yk-J得到目标当前位置步长Ik与转向角Λ θ k:
[0010]A0k= θ k- θ H
【权利要求】
1.一种基于建筑物规则结构信息的室内定位方法，包括以下步骤: 1)确定导航坐标系，确定室内运动目标的初始位置与初始朝向； 2)根据建筑结构的朝向，确定矩形四个边在导航坐标系下的初始角度ΨρΨ3、￥5与Ψ7，将所述初始角度两两进行线性插值，得到四个辅助方向的角度ψ2、ψ4、￥6与v8; 3)利用惯性传感器测量目标的运动数据，并根据运动数据解算得到目标位移和角度的变化量，所述变化量逐次累加得到目标的相对方位，相对方位与初始方位相加得到初级定位结果，在所述导航坐标系下表示为lxk，yk}，下坐标k表示第k步； 4)在初级定位结果中，通过当前位置lxk，yk}与前一位置Ix1^yk-J得到目标当前位置步长Ik与转向角Λ ek:
其中，A =arctan(^~)士兀；Axk = Xk-X^1 ;Δ yk = yk-yk-1 ； 5)将当前位置步长Ik与转向角Λ9k分别加上高斯噪声，得到当前位置步长与转向角的噪声粒子1η_[1:Ν]与Λ Θ noise[1:N];其中，N为粒子数目； 6)利用当前位置步长与转向角的噪声粒子?和前一位置的粒子集 CWfU-/1:' Θη[1:ν]}，得到新的粒子集{xk[1:N]，yk[1:N]，ik[1:N]，θ，]}: ik[1] = ik+i—se[1]
ek[i] = ek_/i]+A ek+A θ noise[i] Xk[i] = XkWWO ；
yk[l] = yk-1[l]+lk[l]sin( θ k[l]) 其中，I——i——N，表示第i个粒子；Θ k[i]则表示第k步时，第i个粒子的朝向；Λ θ k表示通过运动传感器计算得到的转角，即朝向变化量；Λ 表示高斯噪声模型下带来的随机转角分别表示第k-Ι个位置下第i个粒子的横坐标和纵坐标； 7)根据上述步骤2)确定的矩形建筑内的八个方向，按照下式更新每个粒子的权值:
其中，为建筑物的引导向、σ 2为选用的高斯噪声模型的方差、Wkm为第i个粒子在第k步的权值； 8)对每个粒子的权值分别进行归一化处理，得到归一化权值wk[1:N]； 9)根据归一化权值wk[1:N]，按照剩余重采样方法对所有粒子进行重采样，得到位置的粒子{xk[1:N],yk[1:N]}； 10)对上述位置的粒子Ixk[1:N]，yk [1:N]}取均值，得到航向校正后的位置:
【文档编号】G01C21/16GK104197936SQ201410457534
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】王雅敏 申请人:长沙格致电子科技有限公司