基于地磁场的室内定位方法研究

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目前全球卫星导航系统已经广泛应用于室外定位,但是由于卫星信号易受建筑物影响,很难应用于室内定位。当在室内无法接收到卫星导航信号时,要实现高精度的室内导航定位依然是一个难题,本文就是针对该课题展开研究的。本文研究方法不依托额外辅助设备,而是利用丰富且稳定的地磁场,采用一种高精度的无源室内自定位方法。该方法根据室内地磁场具有时域稳定性、空间变化多样性的特点,采用协同克里金插值的方法来重构室内地磁场基准图,再利用蒙特卡洛定位滤波算法来实现行人室内自定位。本文内容可分为两方面,其一是室内磁场基准图的构建,其二是基于蒙特卡洛的室内定位算法。本文设计四种场景进行实验分析,其中场景1、2主要用于磁场基准图的实验分析;场景3则是用来分析对比不同似然函数下的定位结果;场景4则侧重于在线地图的生成。本文主要研究内容及创新点如下:  1.系统分析了多种室内磁场构图方法,设计两种场景进行实验分析。选取五种算法进行实验比较,分析了不同算法的应用场景,并在算法复杂度、构图耗时给出了详细的使用方案。具体的,菱型场景中,考虑到标准高斯过程回归与协同克里金法精度接近,但标准高斯过程回归耗时最少,对于实时性要求高的情况,标准高斯过程回归更满足需求。在此基础上,进行了在线构建室内磁场基准图的实验探索,有很大的应用前景。  2.介绍了基于粒子滤波的蒙特卡洛定位算法。对系统模型、卡尔曼滤波进行了详细分析,并重点对卡尔曼滤波公式进行推导。梳理了蒙特卡洛定位法的算法流程,介绍了序贯重要性采样,重要密度函数的选取及重采样的方法。  3.分析了不同似然函数下定位的结果的差异,并根据地磁场的特征考察室内异常磁场,提出基于改进反距离加权的磁场后验分布,其在1m的空间内,定位平均误差0.2m。该算法作为系统状态量的经验后验分布,将有益于粒子滤波似然函数的选取。  4.分析了当似然函数选取高斯分布函数和指数分布函数时,他们的定位结果及解算耗时。针对基于单一传感器磁力计进行实验,实现基于地磁场的行人自定位算法,且误差在分米级。
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