[发明专利]一种BDS/WLAN组合定位算法

说明书

技术领域

本发明属于城市环境下行人定位领域，具体为一种BDS/WLAN组合定位算法来提高BDS定位精度及覆盖范围,广泛适用于复杂城市环境下的定位及室内外无缝定位中。

背景技术

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自行研制的卫星导航系统，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。但是，由于BDS系统有信号弱、且易受干扰的缺点，因此在诸如城市峡谷、楼宇内部等人们活动的热点区域，由于受到各种建筑物的遮挡与干扰，使其出现定位精度严重下降甚至无法定位的问题，无法应用于基于位置的服务当中。因此确保在复杂城市环境下的定位精度及覆盖范围具有非常重要的研究意义。

发明内容

本发明旨在解决复杂城市环境下的行人定位问题。由于，目前城市中大多数的公共场合都有WLAN的部署，且无需布线、成本较低，使之成为主流的室内和市区定位方法。因此利用WLAN可以实现定位信号的广域覆盖，有效的补充BDS信号盲点。同时本技术通过粒子滤波将BDS、WLAN、地图的定位信息进行融合，有效的提高了定位的精度，从而更好的应用于基于位置的服务中。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种BDS/WLAN组合定位算法，包括以下步骤：

(1)首先，将BDS子系统获得的伪距与多普勒频移测量值、以及WLAN子系统获得的RSSI信号特征值传输给各自局部滤波器，从而得到局部卡尔曼最优估计以及各自的估计误差协方差矩阵P_B、P_W；然后，主滤波器将其状态信息和局部滤波器的局部卡尔曼最优估计进行融合，得到全局最优估计和全局估计误差P_g；

(2)设定初始状态，包括初始状态向量X₀、协方差矩阵P₀，粒子滤波融合系统中状态向量设为X＝[x,y,z,v_x,v_y,v_z]，为了避免在复杂的城市环境下，由于BDS信号受到遮挡出现无法定位，从而影响组合系统初值获取，初始状态向量X₀的初始位置信息分量由WLAN三维定位获得，其初始速度信息设为0，即X₀＝[x_wlan,0,y_wlan,0,z_wlan,0,0,0,0]；

(3)初始生成粒子，对N(X₀,P₀)进行采样，从而得到N个粒子并设定权值其具体表达式如下：

(4)在k时刻对k-1时刻的粒子进行更新，这里利用联邦卡尔曼滤波器将BDS与WLAN的信息进行融合，同时完成粒子状态的更新，联邦卡尔曼得到粒子的全局最优估计后，构建出建议分布对k-1时刻的粒子基于生成的建议分布从中抽取粒子，得到k时刻的粒子集i＝1,…,N；

(5)更新粒子集的权值，将地图信息和联邦卡尔曼得出的采样粒子位置误差作为权值，其具体表达式为：其中，表示质心测量值；σ表示量测噪声的标准差，因此当采样粒子越靠近质心的坐标时，其权值越大；

(6)权值归一化，对采样粒子的权值进行归一化处理，其表达式为：

(7)状态估计：根据粒子及对应的归一化权值，得到位置、速度的估计值，其表达式为：

(8)计算估计值的协方差矩阵，并根据实际情况设定阈值判断滤波是否完成，完成则退出，否则转到第四步，在k＝k+1时刻重复以后步骤，直到滤波完成。

上述的一种BDS/WLAN组合定位算法，BDS子系统的局部最优估计和估计误差协方差矩阵P_B通过以下步骤得出；

(1)选择BDS子系统的状态向量为X＝[δx,δy,δz,δv_x,δv_y,δv_z]，其中，δx,δy,δz分别为x,y,z三个方向分量的上的位置误差，δv_x,δv_y,δv_z为各方向上对应的速度误差，BDS子系统状态方程为X_k+1＝AX_k+W_k，其中，A为状态转移矩阵，K表示时刻，W为过程噪声矩阵，符合均值为零，标准差为σ_v的高斯分布，状态转移矩阵A为：A＝diag[1,1,1,1,1,1]；