[发明专利]一种气体源无线定位方法

权利要求书

1.一种气体源无线定位方法，首先通过传感器检测到的浓度信息，结合自身传感器所在的位置对气体源预定位；基于预定位值反算初始椭球的大小；把预定位值和初始椭球代入扩展集员滤波算法中，对气体源精确定位；具体包括以下步骤：

步骤一：在检测区域布设无线传感器，检测气体浓度信息；

步骤二：通过传感器检测到的浓度信息，采用非线性最小二乘法对气体源预定位，得到气体源的预定位值；

步骤三：基于采用的气体扩散模型，得出其气体源定位状态空间表达式；

步骤四：基于非线性最小二乘法得到的预定位值，利用相应的气体扩散模型算出估计浓度值，通过估计浓度值和检测到的真实浓度值之间的误差，结合扩展集员滤波算法，反算出气体源位置初始椭球的大小；

步骤五：把步骤二得到预定位值和步骤四得到的初始椭球代入扩展集员滤波算法中，利用扩展集员滤波算法对气体源精确定位，从而得到气体源精确位置，得到最终的状态椭球集。

2.根据权利要求1所述的一种气体源无线定位方法，其特征在于：步骤二具体步骤为：

1)传感器检测到气体浓度信息，确定气体扩散模型f(x)；

2)初始化非线性最小二乘法的起始点x₁、预定位精度ξ；

3)计算雅可比矩阵代价函数为C^l为第l个传感器检测到的气体浓度，m为传感器个数，为第l个传感器的位置，下标k表示迭代计算的步数；

4)当定位误差小于初始化的精度ξ时，循环结束，输出此时的预定位值

3.根据权利要求1所述的一种气体源无线定位方法，其特征在于：步骤四具体步骤为：

1)把非线性最小二乘法得到的预定位值看成气体源；

2)通过气体扩散模型g(x)，计算出基于预定位值的浓度

3)预定位值和真实位置x₀的误差可由E＝[E¹,…,E^m]^T表示，其中，m为传感器个数，表示第l个传感器的估计浓度值，y_l表示第l个传感器的真实浓度值；

4)假设真实位置在初始椭球的边界上，则测量范围为其中

5)基于集合反算初始位置椭球。

4.根据权利要求1所述的一种气体源无线定位方法，其特征在于：步骤五包括时间更新和测量更新两个过程，具体步骤为：

首先将气体湍流扩散方程转换为状态空间形式：

(1)时间更新

1)通过椭球P_k-1|k-1的元素计算状态的范围：

2)通过区间分析的方法计算Lagrange余项的最大值，状态的预测值由下式计算出：

3)包含状态边界的椭球的计算如下：

其中

表示变量的半径，满足条件

4)计算椭球包络矩阵，I_i表示相同维度的单位向量的第i个列向量，p_i为通过最小化椭球参数能到的参数；

(2)测量更新

1)状态边界通过矩阵P_k|k-1的元素计算得到：

2)通过区间分析的方法计算Lagrange余项的最大值，通过观测方程计算状态的预测值，偏微分方程计算如下：

3)在进行Taylor展开，观测方程即为：

其中：

4)包含状态边界的椭球的计算如下：

其中

满足m个超平面，对m个超平面取交集组成一个集合：

上式中：

在迭代过程中，计算包含在交集(P_k|k-1∩S_k)中椭球P_k的最小体积。