【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于超寬帶室內(nèi)定位，具體涉及一種基于chan-taylor與pf算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法。
技術(shù)介紹
1、在現(xiàn)代居住環(huán)境不斷提高的今天，準(zhǔn)確的室內(nèi)定位已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，而室內(nèi)定位的精度在位置服務(wù)中也是一個(gè)非常重要的問題。uwb（ultra?wide?band）時(shí)間解析率高、穿透能力強(qiáng)、覆蓋范圍廣、系統(tǒng)復(fù)雜度低、抗多途干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它是目前使用最廣泛的一種定位方法，已引起了許多企業(yè)和科研人員的極大的興趣。不過，現(xiàn)有的uwb定位算法，如chan算法、fang算法、taylor算法等，大都存在一些不足之處。chan算法計(jì)算量小，不過，受非視距（non?line?of?sight,nlos）誤差的作用，多路徑效應(yīng)嚴(yán)重影響了?chan算法的定位精度，并且隨著室內(nèi)障礙物增多，定位精度下降。taylor算法受nlos的影響并沒有chan算法大，但taylor算法在極端情況下可能出現(xiàn)不收斂的情況，無法滿足室內(nèi)高精度定位的需求。而要獲得高精度的定位，這些算法首先需要滿足符合理想高斯分布的測(cè)量誤差。事實(shí)上，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，nlos誤差普遍存在，導(dǎo)致室內(nèi)定位精度下降的原因是nlos誤差會(huì)產(chǎn)生多徑效應(yīng)，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確定位。因此，如何降低nlos誤差對(duì)算法估計(jì)精度的影響成為目前的一個(gè)熱門問題。
2、tdoa算法中，基于觀測(cè)值建立的標(biāo)簽到基站之間的方程是非線性的，擴(kuò)展卡爾曼濾波（extended?kalman?filter，ekf）和無跡卡爾曼濾波（unscented?kalman?filter，ukf）算法無法滿足強(qiáng)?nlos條件
3、公開于該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本專利技術(shù)的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是在于提供一種基于chan-taylor與pf算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，以解決不同環(huán)境下使用uwb室內(nèi)定位時(shí)因nlos誤差而造成的其不可避免的隨機(jī)誤差以及室內(nèi)定位精度不準(zhǔn)的問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：
3、一種基于chan-taylor與pf算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，包括以下步驟：
4、s1、在los（line?of?sight）環(huán)境下得到標(biāo)簽到基站的時(shí)延、、和，即可利用tdoa算法計(jì)算出標(biāo)簽到基站的距離并通過建立雙曲線方程得到第一次解算的估計(jì)值；
5、s2、建立chan-taylor算法的定位模型，將第一次估計(jì)值作為輸入，經(jīng)該模型迭代、加權(quán)處理后輸出第二次估計(jì)值；
6、s3、建立pf算法的定位模型，將第二次估計(jì)值作為pf算法的觀測(cè)量，經(jīng)初始化粒子、重采樣，最后在los環(huán)境下輸出最終的定位坐標(biāo)；
7、s4、在標(biāo)簽與基站的測(cè)量值即tdoa測(cè)量值中加入一個(gè)非高斯的隨機(jī)變量誤差來表示nlos環(huán)境并重復(fù)上述步驟，最后在nlos環(huán)境下輸出最終的定位坐標(biāo)。
8、作為優(yōu)選，s1具體包括：
9、s11、設(shè)在los環(huán)境下的tdoa測(cè)量誤差標(biāo)準(zhǔn)差為10cm，聯(lián)立以、為焦點(diǎn)的一組雙曲線方程、以、為焦點(diǎn)的一組雙曲線方程及以、為焦點(diǎn)的一組雙曲線方程，將方程聯(lián)立并解出其結(jié)果，該結(jié)果就是標(biāo)簽的第一次估計(jì)坐標(biāo)；
10、s12、設(shè)標(biāo)簽的坐標(biāo)為、與標(biāo)簽的距離為，、、和分別為目標(biāo)標(biāo)簽所發(fā)射的信號(hào)到達(dá)4個(gè)的時(shí)延，則可算出目標(biāo)標(biāo)簽和每個(gè)的距離分別為：
11、，
12、其中，是電磁波在空氣中的傳輸速度，為；
13、s13、得到標(biāo)簽和的距離差值，的坐標(biāo)已知，假設(shè)第個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)表示為，標(biāo)簽的坐標(biāo)表示為，這樣，就可以建立一個(gè)方程組，解出目標(biāo)標(biāo)簽的位置坐標(biāo)為：
14、。
15、作為優(yōu)選，s2具體包括：
16、s21、由tdoa方法中的幾何關(guān)系可以得出：
17、，
18、式中，；；
19、s22、設(shè)為常數(shù)，可得：
20、，
21、其中，，式中，為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；
22、s23、為求出第一次的估算結(jié)果，將最小二乘法加權(quán)處理后進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果為：
23、，
24、式中，為tdoa測(cè)量值的協(xié)方差矩陣；
25、s24、構(gòu)建誤差向量公式計(jì)算出誤差矩陣，從而得到：
26、，
27、然后代入一階估算結(jié)果經(jīng)過第二次計(jì)算之后得到標(biāo)簽的坐標(biāo)；
28、s25、將得到的坐標(biāo)在處在不考慮二階以上分量的情況下，進(jìn)行泰勒展開就可以得到：
29、，
30、其中，表示殘差，表示對(duì)目標(biāo)位置估計(jì)的誤差適量；然后進(jìn)行迭代直到，超過閾值，這時(shí)輸出taylor算法的定位估計(jì)；
31、s26、對(duì)chan算法估計(jì)的定位結(jié)果和經(jīng)過taylor算法迭代后的定位結(jié)果一起進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，以便緩解級(jí)數(shù)發(fā)散問題，得出最終的定位坐標(biāo)；
32、s27、為求取加權(quán)系數(shù)，先確定位置與量測(cè)值的殘差：
33、，
34、式中，為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量；為定位結(jié)果估計(jì)值；為第個(gè)坐標(biāo)；為標(biāo)簽到第個(gè)坐標(biāo)距離；
35、s28、假設(shè)對(duì)于相同一組tdoa測(cè)得的數(shù)據(jù)，使用種類型的定位算法，那么，第個(gè)算法的權(quán)重系數(shù)為：
36、，
37、式中，為第種算法的加權(quán)系數(shù)，為第種算法的定位結(jié)果；
38、s29、利用加權(quán)系數(shù)對(duì)標(biāo)簽求得最后定位結(jié)果為：
39、。
40、作為優(yōu)選，s3具體包括：
41、s31、狀態(tài)方程為：
42、，
43、式中，為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；為過程噪聲驅(qū)動(dòng)矩陣；為過程噪聲；
44、標(biāo)簽矢量為：
45、，
46、式中，，為坐標(biāo)軸的位置；，為兩個(gè)方向的速度；
47、標(biāo)簽觀測(cè)方程為：
48、
49、式中，為觀測(cè)噪聲；
50、s32、初始化個(gè)粒子，并設(shè)置權(quán)值為，令；
51、s33、每個(gè)粒子經(jīng)過運(yùn)動(dòng)后，生成一組新粒子，并以chan-taylor協(xié)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于Chan-Taylor與PF算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Chan-Taylor與PF算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，其特征在于，S1具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Chan-Taylor與PF算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，其特征在于，S2具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Chan-Taylor與PF算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，其特征在于，S3具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于Chan-Taylor與PF算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，其特征在于，S4具體包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于chan-taylor與pf算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于chan-taylor與pf算法的協(xié)同室內(nèi)定位方法，其特征在于，s1具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于chan-taylor與pf算法的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝躍雷，朱哲，紀(jì)元法，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：桂林電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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