[发明专利]基于泰勒级数展开对室内目标的测距定位方法

摘要

本发明公开了一种基于泰勒级数展开的对室内目标的测距定位方法，主要解决了现有基于无线传播信号的室内定位技术中在无线信号传播模型情况下定位精度较低的问题。本发明的具体步骤是：1.设置室内目标的测距参考点；2.构建室内目标的有效测距信号样本集；3.统计室内目标的有效测距接入点个数；4.判断有效测距接入点的总数是否大于3；5.判断有效测距接入点的总数是否小于5；6.采用最小二乘法求解室内目标的位置坐标；7.采用泰勒级数展开得到围绕室内目标为中心的定位圈，求取定位圈的质心坐标作为室内目标的位置坐标。本发明将后向传播神经网络模型和泰勒级数展开相结合，提高了对室内目标的定位精度。

主权项

1.一种基于泰勒级数展开对室内目标的测距定位方法，其特征在于，利用小波滤波器对采集到的所有无线信号强度值进行数据预处理，以定位圈的质心位置作为最终的室内目标位置估计，该方法的具体步骤包括如下：(1)设置室内目标的测距参考点：(1a)将室内目标的正东方向作为横轴，室内目标的正北方向作为纵轴，建立一个的坐标系；(1b)以室内目标的质心作为同心圆的圆心，距圆心1米为起始值，每间隔1米作为半径共20个同心圆，在每个同心圆上均匀设置测距参考点；(1c)记录所有测距参考点的物理地址和与坐标系对应的位置坐标；(2)构建室内目标的有效测距信号样本集：(2a)用户手持终端利用无线网络信号扫描工具，在室内目标的质心位置处每间隔3秒接收来自每一个无线信号接入点的接收信号强度值，共接收10次；(2b)将接收到的所有无线信号接入点的接收信号强度值，经过小波滤波器滤除噪声后，计算每一个无线信号接入点的接收信号强度值的平均值；(2c)将一个无线信号接入点的接收信号强度平均值以及与其对应的物理地址，构成该无线信号接入点的样本信息；(2d)利用每一个无线信号接入点的样本信息构建测距信号样本集；(2e)将测距信号样本集中样本的物理地址与测距参考点的物理地址相同的样本，添加到有效测距信号样本集中；(3)统计室内目标的有效测距接入点总数：(3a)将有效测距信号样本集中接收信号强度值在阈值范围内中的样本，作为有效测距接入点；(3b)统计室内目标的有效测距接入点总数；(4)判断有效测距接入点的总数是否大于3，若是，则执行步骤(5)，否则，利用数学处理方法，得到室内目标的位置估计值，执行步骤(9)；(5)判断有效测距接入点的总数是否小于5，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(7)；(6)采用最小二乘法实现对室内目标进行定位：(6a)按照下式，计算差值矩阵中每一行的第一列元素：X_i1＝x_j‑x_k其中,X_i1表示排列在差值矩阵第i行中的第一列元素，x_j表示第j个有效测距接入点的横坐标值,j的取值与i相同，j在1到有效测距接入点总数减1范围内取值，x_k表示第k个有效测距接入点的横坐标值,k的取值与有效测距接入点总数相同；(6b)按照下式，计算差值矩阵中每一行的第二列元素：Y_n2＝y_m‑y_p其中，Y_n2表示排列在差值矩阵X第n行第二列的元素，y_m表示第m个有效测距接入点的纵坐标值，m的取值与n相同，m在1到有效测距接入点总数减1范围内取值，y_p表示第p个有效测距接入点的纵坐标值，p的取值与有效测距接入点总数相同；(6c)按照下式，计算过渡列向量中每一行的元素：Y_a＝x_k²+y_p²+d_b²‑x_b²‑y_b²‑d_h²其中，Y_a表示排列在过渡列向量Y中第a行的元素，d_b表示以第b个有效测距接入点的信号强度值作为测距模型的输入对应得到的输出，b的取值与a相同，x_b表示第b个有效测距节点的横坐标，y_b表示第b个有效测距接入点的纵坐标，d_h表示以第h个有效测距接入点的信号强度值作为测距模型的输入对应得到的输出，h的取值与有效测距接入点总数相同；(6d)按照下式，计算室内目标的位置坐标列向量：location＝[(X^TX)^‑1X^TY]^T其中，location表示室内目标的位置坐标列向量，X表示差值矩阵，T表示转置操作，‑1表示求逆操作，Y表示过渡列向量；(6e)将所计算得到的位置坐标列向量location中第一行元素作为室内目标的横坐标估计值，第二行元素作为室内目标的纵坐标估计值；(7)获取室内目标定位圈：(7a)依据有效测距接入点的接收信号强度值从大到小进行排序；(7b)选取一个任意大于3且小于有效测距接入点总数的正整数作为分组间距，在已排好序的有效测距接入点中依次选取接入点作为分组起始点，从分组起始点开始选取分组间距个有效测距接入点作为一个分组，可得到的分组总数为有效测距接入点总数与分组间距之差加1；(7c)将每一组的有效测距接入点的接收信号强度值输入到测距模型，将测距模型的输出作为当前分组的距离信息；(7d)采用泰勒级数展开定位法，依次根据每一组有效测距接入点的距离信息，得到对应的室内目标位置估计值；(7e)将根据所有分组所求得的室内目标估计位置依次连接形成一个以室内目标为中心的定位圈；(8)获得室内目标位置坐标估计值：(8a)按照下列公式，计算定位圈的质心系数：其中，B表示定位圈的质心系数，∑表示求和操作，Q表示已排序有效测距接入点的分组总数，loc_q,x表示第q个分组对应的室内目标位置估计点的横坐标，loc_q+1,y表示第q+1个分组对应的室内目标位置估计点的纵坐标，loc_q+1,x表示第q+1个分组对应的室内目标位置估计点的横坐标，loc_q,y表示第q个分组对应的室内目标位置估计点的纵坐标；(8b)按照下式，计算定位圈质心的坐标估计值：其中，location_x表示定位圈质心的横坐标估计值，location_y表示定位圈质心的纵坐标估计值；(8c)将定位圈质心的横坐标作为室内目标的横坐标估计值，定位圈质心的纵坐标作为室内目标的纵坐标估计值；(9)在室内地图上显示室内目标的位置：(9a)按照转换比例，将室内目标所处室内环境的平面图转化为对应的室内地图；(9b)按照转换比例，将室内目标估计位置估计坐标转换为像素点坐标，在室内地图上标识像素点坐标所在的位置。