[发明专利]一种基于传感器阵列的火源动态定位方法

摘要

本发明涉及一种基于传感器阵列的火源动态定位方法。本发明首先将传感器阵列内采集的温度信号转化为方位角估计；然后分别选取火源坐标和方位角估计为系统状态向量和测量向量，建立相应的非线性状态空间模型；最后利用变分贝叶斯均方根容积Kalman滤波器（VB‑SCKF）估算出火源的位置。本发明提出的方法将火源定位由传统的静态估计推广到一般的动态估计，而变分贝叶斯技术的引入也解决了系统模型不精确对定位精度的影响，降低定位误差的同时增强了定位方法的鲁棒性。

主权项

一种基于传感器阵列的火源动态定位方法，其特征在于该方法包括以下：步骤1.布置传感器阵列：布置两个温度传感器阵列A和B，每个阵列由4个负温度系数温度传感器构成；将两个传感器阵列A和B布置在房间天花板任意一侧靠边的位置，距离为L；步骤2.数据采集与预处理：采用远场定位原理，阵列A和阵列B分别将采集到的温度信号转化为角度估计和其中k为离散时间标记；步骤3.动态建模：分别选取火源坐标和方位角估计为系统状态向量x(k)和测量向量z(k)，建立相应的非线性状态空间模型；步骤4.火源位置及其误差估计：基于步骤3中建立的状态空间模型，利用变分贝叶斯容积Kalman滤波算法递推估算火源的位置及其相应的均方根误差协方差阵S(k|k)，k|k表示第k时刻的最优估计值，具体算法步骤如下：(4‑1)设置滤波初始条件：S(0|0)＝S0；(4‑2)时间更新：估计一步预测目标状态及其均方根协方差阵S(k|k‑1)，其中，k|k‑1表示用k‑1时刻的目标信息估计第k时刻的目标信息；(4‑3)量测更新，具体包括：(4‑3‑1)计算测量值的预测估计值(4‑3‑2)计算状态和测量值的互协方差矩阵Pxz(k|k‑1)(4‑3‑3)采用变分贝叶斯方法迭代计算测量噪声方差阵均方根新息协方差阵Szz(k|k‑1)，增益阵K(k)、最优估计及其均方根误差协方差S(k|k)，迭代过程如下：(I)设置循环控制变量j的初值，令j＝1，并且给出迭代次数N1的值，迭代循环开始(II)计算测量噪声方差阵其中上标j表示第j次迭代时的值(III)计算均方根新息协方差阵和增益阵Kj(k)；(IV)计算最优估计及其均方根误差协方差Sj(k|k)(V)如果j<N1，令j＝j+1；然后返回(II),否则执行(VI)(VI)结束迭代过程，输出结果：