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基于多源信息融合的行人室内定位算法研究

基于多源信息融合的行人室内定位算法研究

作者：方辉华南理工大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,越来越多的工作生活等场景发生在室内,给精准导航定位服务带来了新的难题。在没有遮挡的室外场景中,传统的卫星导航(GPS、GLONASS、北斗)可以实现高精度的定位导航,但是在环境复杂、干扰很多的室内,卫星导航则难以保持... 详细信息

随着社会的发展,越来越多的工作生活等场景发生在室内,给精准导航定位服务带来了新的难题。在没有遮挡的室外场景中,传统的卫星导航(GPS、GLONASS、北斗)可以实现高精度的定位导航,但是在环境复杂、干扰很多的室内,卫星导航则难以保持良好的定位性能。研究实现高精度、低成本、普适性高的室内定位技术是当前的研究热点。本文针对当今依赖于单一信息源进行室内定位的不足,通过多源信息融合,利用安卓智能手机内部集成的传感器和外部Wi-Fi设备,结合Wi-Fi指纹定位,行人航位推算原理和地图信息,通过将多源数据进行整合、融合,实现了一种多源信息融合的行人室内定位算法。主要的研究内容如下:(1)Wi-Fi指纹定位算法:本文针对Wi-Fi指纹定位数据波动大的特点,对比分析了几种数据预处理方法,采用优化的均值滤波方法对数据进行预处理;使用改进的反距离加权插值法建立Wi-Fi指纹库;Wi-Fi指纹定位在线匹配阶段对几种经典定位算法进行分析,对加权K邻近算法(Weighted K Nearest Neighbor,WKNN)算法进行优化。实验证明,优化后的WKNN算法在4m内定位结果比例占为75.3%,相较于WKNN算法有较为明显的优化。(2)行人航位推算算法:本文将行人航位推算算法(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)分为三个部分:步数检测、步长估计、航向角估计。采用双重阈值峰值检测的方法对行人行走时的步数进行检测,实验证明,行人的步数检测的准确率在95%以上;采用非线性模型对行人行走时的步长进行估计,解决了不同行人之间因个人身体差异所导致的步长差异问题;采用高斯滤波对采集的航向角数据进行处理,减小了行人行走时抖动带来的误差。(3)多源信息融合定位算法:本文针对Wi-Fi指纹定位算法波动性大,PDR算法在导航过程中存在误差累积的问题,使用粒子滤波结合地图信息将Wi-Fi指纹定位结果与PDR定位结果融合。实验证明,基于粒子滤波的融合算法平均定位精度比纯Wi-Fi定位和纯PDR定位更高,具备良好的定位性能。实现了一种高精度、低成本、普适性高的室内定位算法。

关键词：室内定位 Wi-Fi指纹定位行人航位推算粒子滤波

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胫骨捷联惯性导航的人员行进距离估计

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2014年第8期47卷 719-727页

作者：汪少初刘开华刘昱天津大学电子信息工程学院天津300072 天津市测绘院天津300381

研究了惯性测量单元(IMU)固连在人员胫骨中间的行走步长计算方案,提出了捷联惯性导航算法中零速率修正(ZUPT)时刻导航参数的重置方法,准确得到了以初始方位角为未知数的三维位移函数表达式,避免二重积分对近似误差的扩散.通过分析人员... 详细信息

研究了惯性测量单元(IMU)固连在人员胫骨中间的行走步长计算方案,提出了捷联惯性导航算法中零速率修正(ZUPT)时刻导航参数的重置方法,准确得到了以初始方位角为未知数的三维位移函数表达式,避免二重积分对近似误差的扩散.通过分析人员行进特性并结合ZUPT时刻胫骨与路面垂直的关系,以每步中垂直地面方向的位移几乎为零作为约束条件,解算另外两个平行地面方向的位移,进而计算每一步的步长.该方法针对不同的人员和行走环境无需修改相关参数,有较好的适应性和通用性.经多人次行走实验验证,行进距离计算误差在8%以内的概率为91%.

关键词：捷联惯性导航零速率修正行人航位推算

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基于神经网络的多传感器融合PDR定位方法

传感技术学报 2018年第4期31卷 579-587页

作者：徐龙阳郑增威孙霖霍梅梅安徽理工大学计算机科学与工程学院安徽淮南232001 杭州物联网技术与应用实验室浙江大学城市学院杭州310015

针对当前行人航位推算系统因行人随意性行走、传感器漂移等造成行人步长估计不精确、方向计算误差累积问题,提出了一种基于神经网络和智能手机内置多传感器融合的PDR室内定位方法。首先利用加速计采集的传感器数据和移动距离数据训练BP... 详细信息

针对当前行人航位推算系统因行人随意性行走、传感器漂移等造成行人步长估计不精确、方向计算误差累积问题,提出了一种基于神经网络和智能手机内置多传感器融合的PDR室内定位方法。首先利用加速计采集的传感器数据和移动距离数据训练BP神经网络,将训练好的BP神经网络模型进行行人移动距离预测,然后根据行人行走步伐的连续性特点和传感器输出之间的相关性,设计了一种微航向角融合的方向估计算法。该算法通过对行走过程中的情况进行分类以获得可靠的传感器源,利用3种微航向角进行分类加权融合,最终获得行人行走方向的精确估计。实验结果表明,通过行人移动距离预测和微航向角融合算法能够实现得较好的定位效果。

关键词：室内定位行人航位推算神经网络多传感器融合

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采用EKF与PF的室内融合定位技术

传感技术学报 2020年第2期33卷 245-251页

作者：张雨婷陈璟江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 江南大学物联网技术应用教育部工程研究中心江苏无锡214122

在室内定位的复杂环境中,WiFi指纹法的定位性能易受信号波动的影响,行人航位推算方法(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)的定位误差会随时间逐渐累积,为了解决这两个方面的问题,提出了一种采用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF... 详细信息

在室内定位的复杂环境中,WiFi指纹法的定位性能易受信号波动的影响,行人航位推算方法(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)的定位误差会随时间逐渐累积,为了解决这两个方面的问题,提出了一种采用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)与粒子滤波(Particle Filter,PF)的融合定位技术,该技术通过融合WiFi指纹法和优化后的行人航位推算方法来提高定位精度。在WiFi指纹法模块,该技术采用传统的加权k近邻法进行定位。在行人航位推算模块,该技术融合多种传感器进行航向估计,改进传统的非线性模型进行步长估计,使优化后的行人航位推算方法更适用于复杂环境中的实际应用。最后,结合粒子滤波和室内地图信息,该技术能够校正估计位置并进一步提高定位精度。通过实验表明,本文提出的融合校正方法能够有效提高定位精度。

关键词：室内定位扩展卡尔曼滤波粒子滤波 WiFi 行人航位推算

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基于PDR和地磁匹配融合的楼层定位方法

传感技术学报 2020年第4期33卷 557-563页

作者：刘元成蔡成林韦照川彭滨沈文波桂林电子科技大学信息与通信学院湘潭大学自动化与电子信息学院

针对室内楼层定位的实际应用需求,提出了一种基于PDR/地磁匹配融合的楼层三维定位方法。不同于传统的定位整层位置,该算法主要研究了楼层间楼梯部分的行人定位方法。行人可利用手机等设备获取加速度、陀螺仪、气压计以及地磁数据。通过... 详细信息

针对室内楼层定位的实际应用需求,提出了一种基于PDR/地磁匹配融合的楼层三维定位方法。不同于传统的定位整层位置,该算法主要研究了楼层间楼梯部分的行人定位方法。行人可利用手机等设备获取加速度、陀螺仪、气压计以及地磁数据。通过对加速度、气压值分析识别上下楼状态,根据楼梯角度和阶梯高度进而获得位置高度信息。由于行人航位推算(PDR)方法存在累积误差的问题,通过获得的地磁数据构建地磁基准图,并融合粒子滤波的方法修正PDR累积误差以达到获得运动轨迹的目的。通过实验数据分析,该算法能有效获取行人楼梯位置,精度优于1m,满足室内楼层三维定位的基本需求。

关键词：室内定位楼层三维定位行人航位推算地磁匹配粒子滤波

基于扩展Kalman滤波的室内WiFi-PDR融合定位算法

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计算机工程 2019年第4期45卷 66-71,77页

作者：刘庆关维国李顺康王芳辽宁工业大学电子与信息工程学院辽宁锦州121001 国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司辽宁锦州121000

为解决室内WiFi定位精度较低及行人航位推算(PDR)定位存在累积误差的问题,提出一种基于扩展Kalman滤波(EKF)的WiFi-PDR融合定位算法。WiFi通过改进的WKNN算法实现匹配定位,根据定位点与K近邻点的接收信号强度指示相对偏差进行权值修正,... 详细信息

为解决室内WiFi定位精度较低及行人航位推算(PDR)定位存在累积误差的问题,提出一种基于扩展Kalman滤波(EKF)的WiFi-PDR融合定位算法。WiFi通过改进的WKNN算法实现匹配定位,根据定位点与K近邻点的接收信号强度指示相对偏差进行权值修正,PDR定位采用多重约束条件的步态检测和在线步长估计方法。在此基础上,将EKF作为WiFi和PDR定位的融合滤波器,以降低WiFi定位回跳和PDR累计误差,从而提高定位精度。实验结果表明,在多次行迹转弯条件下,该融合定位算法的定位精度可达1.8 m。

关键词：室内定位 WiFi定位行人航位推算扩展Kalman滤波融合定位

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基于改进PDR与RSSI融合的定位算法

传感技术学报 2020年第7期33卷 1027-1032页

作者：郭娅婷杨君甘露武汉科技大学冶金自动化检测技术教育部工程研究中心武汉430081

在室内定位系统中,基于接收信号强度指示(RSSI)测距定位系统接收到的信号会因环境的不确定性出现不可预测的随机变化,行人航位推算(PDR)定位系统存在错误地估计传感器的参数及左右脚运动不一致等产生累积误差的问题。针对上述问题,提出... 详细信息

在室内定位系统中,基于接收信号强度指示(RSSI)测距定位系统接收到的信号会因环境的不确定性出现不可预测的随机变化,行人航位推算(PDR)定位系统存在错误地估计传感器的参数及左右脚运动不一致等产生累积误差的问题。针对上述问题,提出一种基于改进PDR与RSSI融合的定位算法,根据PDR定位的递归特性校正估计传感器的参数,同时进行左右脚坐标数据融合,在此基础上将扩展卡尔曼滤波器(EKF)作为RSSI和PDR定位的融合滤波器,以降低PDR累计误差,从而提高定位精度,获得系统的最优定位结果。实验结果表明,该融合定位算法有效地提高了定位精度。

关键词：室内定位扩展卡尔曼滤波行人航位推算融合定位

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行人自主导航技术综述

导航定位与授时 2024年第4期11卷 1-15,F0002页

作者：邓志红张平李哲孟之栋沈凯尚克军北京理工大学自动化学院北京100089 北京自动化控制设备研究所北京100074

导航与位置服务是我国经济新增长点和战略性新兴产业。近年来,行人自主导航技术由于可为行人提供高自主、高智能、高可靠和低成本的位置服务而备受关注,成为了导航与位置服务赋能可穿戴设备的关键驱动力。针对惯性、磁场和视觉三大主流... 详细信息

导航与位置服务是我国经济新增长点和战略性新兴产业。近年来,行人自主导航技术由于可为行人提供高自主、高智能、高可靠和低成本的位置服务而备受关注,成为了导航与位置服务赋能可穿戴设备的关键驱动力。针对惯性、磁场和视觉三大主流行人自主导航方法进行了调研分析,梳理了行人自主导航技术的研究进展,重点阐述了各类技术途径的原理与特点,并指出了行人自主导航技术的未来发展趋势。

关键词：行人自主导航人体里程计行人航位推算零速修正磁场匹配视觉惯性里程计

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行人低成本惯导自适应零速探测

导航定位学报 2021年第1期9卷 15-24页

作者：胡鑫陶贤露朱锋张小红武汉大学测绘学院武汉430079 地球空间信息技术协同创新中心武汉430079

为了进一步提升全球卫星导航系统的多传感器融合定位精度,提出1种自适应阈值的零速探测方法:利用安装在行人足部的低成本惯性测量单元进行行人航位推算,并利用行人脚落地时的零速信息进行零速更新,以抑制误差发散;利用加速度计和陀螺仪... 详细信息

为了进一步提升全球卫星导航系统的多传感器融合定位精度,提出1种自适应阈值的零速探测方法:利用安装在行人足部的低成本惯性测量单元进行行人航位推算,并利用行人脚落地时的零速信息进行零速更新,以抑制误差发散;利用加速度计和陀螺仪输出构建极大似然检验统计量,发现滑动窗口内检验统计量的幅值和最小值随着速度加快而增大;然后通过幅值和最小值2个特征量,建立自适应阈值模型,阈值根据速度变化而动态调整,确保每一步均能探测零速状态,同时不会过多地探测零速;最后通过用自适应阈值和固定阈值解算不同速度的数据加以验证。结果表明:较小的固定阈值在行人速度较大时,存在大量零速间隔的漏判;较大的固定阈值则出现较多将动态判断为静态的情况;用自适应阈值可准确地探测出100%的零速间隔,明显优于固定阈值。

关键词：低成本惯性测量单元行人航位推算极大似然法检验统计自适应阈值零速探测