[发明专利]基于萤火虫粒子滤波器的室内定位方法

权利要求书

1.一种基于萤火虫粒子滤波器的室内定位方法，其特征在于：先配置一智能手机，所述智能手机上配置有一惯导模块和萤火虫粒子滤波模块；所述惯导模块具有一惯性传感器和扩展Kalman滤波器；所述萤火虫粒子滤波模块具有一楼层平面图数据库；

(1)惯性传感器采集用户加速度和空间角速度，惯导模块从加速度中提取出垂直加速度，并分析垂直加速度估算出用户的步长；

(2)惯导模块检测垂直加速度，将两个峰值点作为一步，计算用户的步数；

(3)惯导模块根据所述空间角速度，使用四元数法计算智能手机的方向旋转矩阵，通过方向旋转矩阵计算用户的方向，惯导模块根据步长、步数和方向推导出用户的位置；

(4)扩展Kalman滤波器对上述步长、步数、方向和位置进行滤波处理，得到修正后的步长、步数、方向和位置；

(5)把所述位置、步长、方向作为萤火虫粒子滤波的粒子，所述萤火虫粒子滤波器采用运动模型进行粒子状态转移，将使用户位置从前一时刻向当前时刻转移；

(6)萤火虫粒子滤波器采用观测模型，根据粒子与楼层平面图数据库的位置关系，把粒子分为越墙粒子和没有越墙粒子两类，设越墙粒子的权重为1，没有越墙粒子的权重为0.1；使用萤火虫算法对越墙粒子进行修改；

(7)重采样模型对当前粒子进行更新，根据楼层平面图数据库判断粒子有效性，若粒子没有越过墙壁，则直接计算粒子权重，若粒子越过墙壁，则使用萤火虫算法更新所述粒子，让越过墙壁的粒子向没有越过墙壁的粒子转移，最后通过均值估算出用户位置。

2.如权利要求1所述的基于萤火虫粒子滤波器的室内定位方法，其特征在于：所述步骤(5)中，运动模型进行粒子状态转移的具体步骤如下：

设步长和方向满足零均值的高斯分布，上一时刻的用户位置步长和方向定义为如下方程：

θ_k指在时间k时的方向，l_k指在时间k时的步长，指在时间k时估计的方向，指在时间k时估计的步长，G_θ和G_l指高斯噪声；

根据上一时刻的用户位置，当前时刻用户的位置通过递归计算如下：

其中，X_k+1指在二维坐标系下行人k+1时刻在x轴位置，Y_k+1指在二维坐标系下行人k+1时刻在y轴位置，指在时间k时估计的步长。

3.如权利要求1所述的基于萤火虫粒子滤波器的室内定位方法，其特征在于：所述步骤(6)中，使用萤火虫算法对越墙粒子进行修改，具体操作方法如下：

萤火虫的亮度I和吸引度b定义如下：

I₀指初始亮度强度，β₀指初始吸引度，γ指固定的光吸收系数，r指两只萤火虫距离；

其中，低亮度的萤火虫i被高亮度的萤火虫j吸引，方程定义如下：

x_i和x_j分别指两个萤火虫的位置，指高亮度的萤火虫吸引度，a(rand-0.5)指随机游走项，β₀指初始吸引度，γ指固定的光吸收系数，r_ij指两只萤火虫距离，a为一常数，取值范围0-1，rand为一个随机数，取值范围0-1；

通过楼层平面图数据库检测，粒子被分为越墙粒子和没有越墙粒子，分别存储在C_L和C_H中，设X_L和X_H分别来自C_L的低权重粒子和C_H的高权重粒子，X_S指修改后的粒子，当检测到越墙的粒子，萤火虫算法被触发，萤火虫算法公式如下：

a(rand-0.5)指随机游走项，β₀指初始吸引度，γ指固定的光吸收系数，r_ij指两只萤火虫距离，a为一常数，取值范围0-1，rand为一个随机数，取值范围0-1。