[发明专利]一种基于自适应粒子滤波器算法的地磁室内定位系统

摘要

本发明公开了一种基于自适应粒子滤波算法的地磁室内定位系统及其方法。所述系统包含一个新型自适应粒子滤波器算法和一个高效的地磁指纹数据收集单元。其中，高效的地磁指纹数据收集单元主要功能是利用手机磁强计快速地收集室内地磁信号，转化为地磁指纹模型并存储。新型自适应粒子滤波器算法是对现有滤波器算法的改进，以提高鲁棒性，精确度和可用性。自适应粒子滤波改进算法关键技术主要包括自适应行为模型，新型度量模型，自适应重采样模型，定位精度评估和定位失效检测模型。该系统适用于各类集成加速度传感器、陀螺仪和磁强计的智能手机。系统的特点在于不限制手机朝向、摆放位置以及使用，而且定位精度高。

主权项

一种基于自适应粒子滤波器算法的地磁室内定位系统，特征在于：包含一个高效的地磁指纹数据收集单元和一个自适应粒子滤波器单元；所述高效的地磁指纹数据收集单元是利用手机磁强计快速地收集室内地磁信号，转化为地磁指纹模型，最终通过插值得到高密度(地磁指纹，位置)数据库；所述高效的地磁指纹数据收集单元：首先将所要收集地磁数据的区域用平行的直线路径分割；接着收集者需要拿着运行着地磁数据收集程序的手机，沿着这些路径匀速缓慢行走，收集每条路线上的地磁数据；最后，通过插值的方式，将两条线之间的地磁数据补齐，从而得到高密度的地磁指纹数据库；所述地磁数据收集程序是基于智能手机开发的应用软件，用户能够在该程序上设置和选择路线，该应用软件收集地磁数据和重力加速度数据，并进行数据处理，转换为所述自适应粒子滤波器单元需要的地磁指纹模型，最后和其匹配的位置一起存入数据库；所述地磁指纹模型包括两种，地磁密度指纹模型和HV地磁指纹模型，在存入数据库时，只需要保存位置对应的HV地磁指纹模型，地磁密度指纹模型通过从HV地磁指纹模型中计算得来；所述地磁密度指纹模型，是指将三轴地磁向量数据的大小，即模值，当作地磁读数；所述HV地磁指纹模型是指通过加速度获取竖直方向，然后从三轴的地磁向量读数中抽取水平分量和竖直分量，形成一个新的二维地磁向量，所述二维地磁向量不受手机朝向变化的影响，而且比地磁密度指纹多了一个分量，作为度量模型的观察值时能够加快定位速度；所述自适应粒子滤波器单元精确地估计用户的位置和朝向，包括：自适应行为模型，度量模型，自适应重采样模型，定位精度评估和定位失效检测模型，其中各个模型都不依赖于手机的朝向，并且能够容忍用户行为估计误差；所述自适应行为模型是通过惯性传感器对用户的行为进行估计，包括计步，步长估计和连续两步之间朝向变化估计，根据用户行为变化来更新每个粒子的状态；所述度量模型将地磁指纹作为观察值，匹配手机读数和地磁指纹数据库中指纹数据，重新评估更新后的每个粒子的权重；所述自适应重采样模型重新筛选粒子，使得重采样后，粒子集将更加贴近真实状态的后验分布；所述定位精度评估和定位失效检测模型用来评估当前定位精度，并启发式地检测是否发生定位失效的情况，一旦发生失效，则启动恢复程序。