)、（13)、（(3)和（(1)说明了由 于漂移，MEMS导航方案性能更糟糕，MEMS/SCFP和MEMS/CFP方案更接近参考值；图8 (e)描述 了MEMS/SCFP在所有的方法中定位误差最小。图9展示了轨迹Π的定位误差累积分布函数 (CDF)。从图9可以看出本发明的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航方法MEMS/SCFP提 供了比MEMS/FP或MEMS/CFP更好的结果，并且，SCFP的结果比CFP和FP更准确。
[0141]关于这两条轨迹的定位误差表1总结了下列统计值:50%误差，90%误差，平均值， 和根均方值(RMS)。从表1可以看出本发明公开的MEMS/SCFP方案(RMS: 2.4米和2.8米）的结 果好于]\^]似/^(冊5:4.5米和3.9米)或1^]\^/^?(冊5 :2.7米和3.4米）。并且，对于这两条轨 迹，SCFP(RMS:3.3米和3.3米）的结果比〇卩卩(1?^:3.6米和3.4米)和?？(1?^ :5.2米和4.9米） 更精确。与MEMS/FP相比，对于轨迹I和II，使用本发明公开的方法可以使融合定位误差减少 47%和28%。另外，使用MEMS/SCFP的无线定位误差也分别降低37%和33%。
[0142] 通过限制搜索范围，本发明所公开的方法还提高了指纹和最后组合的处理速度， 可以大量降低FP的计算负荷，尤其是无线信号地图数据库很大时。表2将本发明公开的方法 与其他方法的Matlab处理时间进行了比较。对于轨迹I和II，本发明所公开的方法的处理时 间分别只有MEMS/FP的26 %和29 %。同时，SCFP的处理时间仅为FP的5 %和6 %。这一结果说 明本发明公开的方法计算效率高。处理时间的减少，使本发明所公开的方法和装置更适合 于便携式设备的实时定位应用。
[0143]表1.定位误差统计结果(m)
[0144]
[0145] *A：MEMS；B：FP；C：CFP；D：SCFP；E：MEMS/FP；F：MEMS/CFP；G：MEMS/SCFP
[0146] 表2.不同方法的仿真(Matlab)处理时间（s) 「01471
[0148] *A：FP；B：CFP；C：SCFP；D：MEMS/FP；E：MEMS/CFP；F：MEMS/SCFP.
[0149] 上述内容仅被认为是本发明的证明。此外，由于本领域技术人员容易想到许多修 改和变化，因此本发明不限制于具体结构和操作的显示和描述，并且相应地，所有适当的修 改和等同物都视为在本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1. 一种基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，包括:无线信号强度 数据采集和处理模块(1)、传感器数据采集和处理模块(2)、数据融合模块(3)以及若干个分 布在不同位置的无线接入点，所述无线信号强度数据采集和处理模块（1)根据待测目标与 所述无线接入点之间的无线信号强度获取待测目标的第一位置信息，所述传感器数据采集 和处理模块(2)根据所述待测目标的状态变化信息获取待测目标的第二位置信息，所述数 据融合模块(3)将所述待测目标的第一位置信息和第二位置信息进行融合，根据融合结果 得到所述待测目标的最终位置信息，并将所述融合结果反馈给所述无线信号强度数据采集 和处理模块(1)和所述传感器数据采集和处理模块(2)。2. 根据权利要求1所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，所 述无线信号强度数据采集和处理模块(1)包括:无线信号强度数据数据采集单元(11 )、无线 信号地图数据库（12)、数据搜索确定单元(13)、数据匹配单元(14);所述无线信号强度数据 数据采集单元(11)接收所述待测目标与无线接入点之间的无线信号强度数据信息;所述无 线信号地图数据库（12)为所述数据搜索确定单元(13)提供无线信号地图数据库;所述数据 搜索确定单元（13)根据所述无线信号强度数据采集单元（11)传送过来的无线信号强度信 息和所述数据融合模块(3)所反馈的上一时刻融合结果为所述无线指纹匹配单元(14)选择 指纹搜索范围；所述数据匹配单元(14)在所述指纹搜索范围内对所述待测目标的无线信号 强度信息进行指纹匹配得到当前时刻所述待测目标的第一位置信息。3. 根据权利要求2所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，所 述无线信号强度数据采集单元（11)包括:无线信号强度数据接收单元（111)和无线信号强 度数据预处理单元(112)，所述无线信号强度数据接收单元(111)接收所述待测目标与无线 接入点之间的无线信号强度信息并传送给所述无线信号强度数据预处理单元（112)，所述 无线信号强度数据预处理单元(112)对所述无线信号强度信息进行消噪处理。4. 根据权利要求2所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，所 述数据搜索确定单元(13)包括搜索中心确定模块(131)和搜索范围确定模块(132)，所述搜 索中心确定模块（131)根据所述无线信号强度数据采集单元（11)根据所述无线信号强度信 息确定基本搜索范围的中心，根据所述数据融合模块(3)所反馈的上一时刻融合结果作为 拓展搜索范围的中心;所述搜索范围确定模块（132 )以所述基本搜索范围的中心为几何中 心并根据预先设置的搜索形状确定基本搜索范围，以拓展搜索范围的中心为几何中心并根 据预先设置的搜索形状确定拓展搜索范围，再按照预先设定的合并方式将所述基本搜索范 围和所述拓展搜索范围进行合并得到当前时刻的指纹搜索范围。5. 根据权利要求1所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，所 述传感器数据采集和处理模块(2)包括:传感器数据采集单元(21)和传感器数据处理单元 (22);上述传感器数据采集单元(21)采集所述待测目标的状态变化信息，所述传感器数据 处理单元(22)根据所述状态变化信息计算所述待测目标的第二位置信息。6. 根据权利要求5所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，所 述待测目标的状态数据指待测目标的加速度和/或角速度信息。7. 根据权利要求1所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，所 述数据融合模块(3)包括:组合滤波器(31)和平滑滤波器(32)，所述平滑滤波器(32)对所述 待测目标的第一位置信息进行平滑处理后传送给组合滤波器(31)，所述组合滤波器(31)将 平滑处理后的所述第一位置信息和所述待测目标的第二位置信息进行融合得到所述待测 目标的最终位置信息。8. 根据权利要求7所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置，其特征在于，所 述组合滤波器(31)采用扩展卡尔曼滤波、无损卡尔曼滤波或粒子滤波器，所述平滑滤波器 (32)采用卡尔曼滤波器或自适应卡尔曼滤波器。9. 一种基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航方法，其特征在于，包括： 无线信号强度数据采集和处理模块根据待测目标与无线接入点之间的无线信号强度 信息获取待测目标的第一位置信息； 传感器数据采集和处理模块根据所述待测目标的状态变化信息获取待测目标的第二 位置信息； 数据融合模块将所述待测目标的第一位置信息和第二位置信息进行融合根据融合结 果得到所述待测目标的最终位置信息，并将所述融合结果反馈给所述无线信号强度数据采 集和处理模块和所述传感器数据采集和处理模块。10. 根据权利要求9所述的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航方法，其特征在于， 所述无线信号强度数据采集和处理模块获取所述待测目标的第一位置信息包括以下步骤： 在定位区域内进行位置信息采样，将采样点的位置信息和采样点与无线接入点之间的 无线信号强度信息生成无线指纹并进行存储，利用所述无线指纹建立无线信号地图数据 库； 以所述待测目标与无线接入点之间的无线信号强度信息为中心，以预先设置的搜索形 状确定当前时刻的基本搜索范围，以上一时刻的融合结果为拓展搜索范围的中心，以预先 设置的搜索形状确定当前时刻的拓展搜索范围，再按照预先设定的合并方式将所述基本搜 索范围和所述拓展搜索范围进行合并得到当前时刻的指纹搜索范围； 在所述指纹搜索范围内对所述待测目标的无线信号强度信息进行指纹匹配得到当前 时刻所述待测目标的第一位置信息。
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置和方法，无线信号强度数据采集和处理模块获取待测目标的第一位置信息，传感器数据采集和处理模块根据所述待测目标的状态变化信息获取待测目标的第二位置信息，数据融合模块将第一位置信息和第二位置信息进行融合，并将所述融合结果反馈给所述无线信号强度数据采集和处理模块和所述传感器数据采集和处理模块进行下一时刻的数据处理。本发明的基于无线指纹和MEMS传感器的融合导航装置和方法解决了现有的定位方案尤其是室内定位方案所存在的定位性能较差的问题，达到提升导航精度和整个系统处理速度的效果。
【IPC分类】G01C21/16, G01C21/00, G01S5/02
【公开号】CN105424030
【申请号】CN201510825298
【发明人】庄园, 杨军, 戚隆宁
【申请人】东南大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月24日