[发明专利]一种面向噪声环境下的室内无线定位方法及装置

说明书

本发明涉及一种面向噪声环境下的室内无线定位方法及装置。该方法包括：1)部署无线信号接收模块，获取无线信号数据；2)对无线信号数据进行量测噪声和过程噪声的自适应估计，得到信号的特征数据；3)对特征数据进行归一化处理，将信道状态信息数据转化成特征图数据；4)将特征图数据输入到若干个多层的残差神经网络中，分别获得一个输出向量；5)对各个残差神经网络的输出向量做平均操作，并从中找出响应最大值，响应最大值经过数据还原后得到预测的最终位置。本发明能够解决当前目标跟踪方法在资源受限环境下无法完成噪声自适应、定位精度差等实际部署问题，适用于机器人、无人车、无人机、信息推送、安防等领域的物体定位追踪问题。

技术领域

本发明涉及信息通信和信号处理领域，特别是涉及一种面向有噪声环境下的室内无线定位方法及装置。

背景技术

卫星定位到达地面时信号较弱，穿透建筑物后衰弱严重，因此全球定位系统对于室内物体的定位效果较差。室内定位技术可以被视作卫星定位的辅助。室内定位系统在虚拟现实、消防、工业流水线、机场安防、无人机、广告推送、养老院管理等场景中都有着重要和广泛的应用，具有重要的研究意义。室内无线定位是室内定位中常见的一类方法。

由于应用场景的限制(无线信号衰减、噪声干扰、室内障碍物多等)，室内无线定位系统在实际部署过程中需要面临室内干扰物较多的问题，产生的信号反射会影响信号强度。室内无线定位必须兼具实时性、鲁棒性、准确性。实时性要求系统具备高速处理能力，可以即时地绘制目标物体的运动轨迹；准确性要求系统具备较高的精度，对物体位置的估计有一定的精度；鲁棒性要求系统能较好地处理现实环境中存在的噪声信息，适应广泛复杂的应用场景。在存在噪声的环境中实现一个高效并且准确的室内无线定位系统是一个非常大的挑战，具有重要的研究价值与实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向噪声环境下的室内无线定位方法及装置，能够解决当前目标跟踪方法在资源受限环境下无法完成噪声自适应、定位精度差等实际部署问题。该室内无线定位方法和装置适用于机器人、无人车、无人机、信息推送、安防等领域的物体定位追踪问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种面向噪声环境下的室内无线定位方法，其步骤包括：

1)部署无线信号接收模块，获取无线信号数据；

2)对无线信号数据进行量测噪声和过程噪声的自适应估计，得到信号的特征数据；

3)对特征数据进行归一化处理，将信道状态信息数据转化成特征图数据；

4)将特征图数据输入到若干个多层的残差神经网络中，分别获得一个输出向量；

5)对各个残差神经网络的输出向量做平均操作，并从中找出响应最大值，响应最大值经过数据还原后得到预测的最终位置。

进一步地，步骤1)使用计算机网卡作为无线驱动，从网卡引出多根连接天线作为信号接收模块，同时在室内放置无线路由器，在计算机端获取无线信号数据。

进一步地，对步骤1)获取的无线信号数据进行预处理，包括：选取中间时间段数据作为主要的处理对象，去除开始和末尾段可能存在因为人为操作产生的噪声。在正常采集过程中，产生的大量数据包足够保证训练一个稳定的神经网络。

进一步地，步骤2)中对量测噪声的自适应处理包括以下步骤：

2.1)初始化：对k时刻的状态估计、状态误差协方差、自由度参数和逆范矩阵进行初始化；

2.2)设置N次循环；

2.3)计算量测与状态估计的差值，差值与其转置相乘后计算得到中间量；其中“量测”是实验误差，即实验中由于人工测量产生的误差，人工操作会产生量测噪声；