基于合作型博弈的UWB和惯性导航的室内行人定位方法技术

本发明专利技术提出一种基于合作型博弈的UWB和惯性导航的室内行人定位方法，实现步骤为：构建室内行人定位系统；确定合作型博弈的参与者和参与者的收益函数以及博弈策略；UWB信标D

【技术实现步骤摘要】
基于合作型博弈的UWB和惯性导航的室内行人定位方法
本专利技术属于通信
，涉及一种室内行人定位方法，具体涉及一种基于合作型博弈的UWB和惯性导航的室内行人定位方法，可用于商场、写字楼和地下车库等场所的行人定位中。
技术介绍
随着移动智能设备的广泛普及以及物联网技术的飞速发展，人们对基于位置的服务需求也愈加强烈，在室外，使用卫星定位方法可以给我们提供相对准确的定位信息，极大的便利了人们的出行。而在室内，由于卫星信号很难穿过建筑物且建筑物规模越来越庞大，人们经常会面临一个问题，那就在室内竟然迷路了。例如在商场、写字楼、地下车库等很多地方，人们总是很难找到自己的位置，给生活带来了很多困扰与不便，因此，在卫星无法使用的情况下，如何实现高精度、高稳定性的室内定位系统已经成为目前国内外很多机构，专家学者的一项研究热点。现有的室内定位方法包括基于基站的室内定位方法、基于惯性导航的室内定位方法和基于基站和惯导的组合的室内定位方法；基于基站的室内定位方法包括Wi-Fi定位、蓝牙定位、超宽带无线通信UWB定位等，但无论使用哪种基站定位技术，普遍遇到的一个问题就是定位精度严重依赖于基站接收到信标的信号强度，而在室内坏境下，由于各种障碍物的遮挡，基站接收到信标的信号强度总会受到不同程度的衰减，从而使得定位精度下降。基于惯性导航的室内定位方法，利用航迹推算算法解算出室内行人的具体位置，此种定位方法具有小型轻便、低成本、低功耗的特点，但由于惯性导航器件数据随时间漂移较为严重，所以工作时间越长，定位误差会越大。基于基站和惯导的组合的室内定位方法，它将基站定位和惯性导航定位用一些适当的技术进行融合，在一定程度上弥补了只用基站定位和只用惯性导航定位的缺陷。例如，申请公布号为CN108871325A，名称为“一种基于两层扩展卡尔曼滤波的WiFi/MEMS组合室内定位方法”的专利申请，公开了一种组合定位方法，该方法方法利用两层扩展卡尔曼滤波将WiFi定位和惯导定位进行了信息融合，使得定位精度比传统的组合室内定位方法有所提升，且在稀疏WiFi热点部署下仍具有较高精度和稳定性。但由于其工作模式单一，当定位环境发生变化，如基站信号由于障碍物的遮挡突然变弱或惯性器件数据漂移严重时，定位精度和定位稳定性仍然较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于合作型博弈的UWB和惯性导航的室内行人定位方法，用于解决现有技术中存在的因室内定位环境发生变化导致的定位精度和稳定性较差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：(1)构建室内行人定位系统：构建包括超宽带无线通信UWB基站和N个行人A＝{An,1≤An≤N}的室内行人定位系统，每个行人An携带的定位终端为Bn，定位终端Bn包括单片机Cn以及通过单片机控制的UWB定位信标Dn和惯性传感器En，其中N≥1，An表示第n个行人；(2)确定合作型博弈的参与者和参与者的收益函数，以及博弈策略：(2a)确定单片机利用UWB定位信标接收的UWB基站发送的短脉冲信号的脉冲飞行时间和脉冲到达角度对室内行人进行的UWB定位为合作型博弈的第一参与者，单片机利用惯性传感器接收的包括行人运动加速度信息和角速度信息的行人姿态信息对室内行人进行的惯导定位为合作型博弈的第二参与者；(2b)确定合作型博弈的第一参与者和第二参与者的收益函数分别为f(p)和g(t)：g(k)＝-0.058k+1其中，p表示UWB基站发送的短脉冲信号的信号强度，d表示UWB基站的额定最高信号强度，k表示单片机的运行时间；(2c)确定第一参与者和第二参与者同时参与定位的策略为第一博弈策略S1，第一参与者参与定位的策略为第二博弈策略S2，第二参与者参与定位的策略为第三博弈策略S3；(3)UWB信标Dn和惯性传感器En接收信息：每个UWB信标Dn通过单片机Cn的控制，接收kl时刻UWB基站发送的脉冲信号强度为脉冲飞行时间为和脉冲到达角度为的短脉冲信号每个惯性传感器En通过单片机Cn的控制，接收kl时刻行人An的包括运动加速度和角速度的姿态信息其中kl表示第l个时刻，l∈[1,2,...)；(4)单片机Cn计算不同博弈策略下An的定位结果：单片机Cn计算第一博弈策略S1下An的定位结果：单片机Cn采用基于到达时间TOA定位法，通过UWB信标Dn接收的短脉冲信号的和计算行人An的位置并将作为观测值，同时采用航迹推算算法，通过惯性传感器En接收的姿态信息计算行人An的位置并将作为估计值，然后采用卡尔曼滤波方法对和进行融合，得到行人An的所在位置单片机Cn计算第二博弈策略S2下An的定位结果：单片机Cn采用航迹推算算法，通过惯性传感器En接收的姿态信息计算行人An的位置单片机Cn计算第三博弈策略S3下An的定位结果：单片机Cn采用TOA定位法，通过UWB信标Dn接收的短脉冲信号的和计算行人An的位置(5)单片机Cn计算合作型博弈参与者双方的各自收益：单片机Cn采用收益函数f(p)，并通过kl时刻UWB信标Dn接收的短脉冲信号的强度计算第一参与者的收益同时采用收益函数g(k)计算第二参与者的收益g(kl)：g(kl)＝-0.058kl+1；(6)单片机Cn获取An的最终定位结果：单片机Cn计算第一博弈策略S1、第二博弈策略S2和第三博弈策略S3下合作型博弈的收益和并将和中最大值R对应的博弈策略下行人An的位置作为An的最终定位结果，即若An的最终定位结果为若An的最终定位结果为若An的最终定位结果为其中：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术通过不同时刻短脉冲信号的强度计算合作型博弈参与者双方的各自收益，并将三种博弈策略下合作型博弈的收益的最大值对应的博弈策略下行人的位置作为最终定位结果，不受室内定位环境发生变化的影响，可以实现不同时刻选择不同博弈策略进行定位的特性，与现有技术相比，有效提高了定位精度和稳定性。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术与现有技术定位误差的仿真结果对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。参见图1，本专利技术包括如下步骤：步骤1)构建室内行人定位系统：构建包括超宽带无线通信UWB基站和N个行人A＝{An,1≤An≤N}，N≥1的室内行人定位系统，每个行人An携带的定位终端为Bn，定位终端Bn包括单片机Cn以及通过单片机控制的UWB定位信标Dn和惯性传感器En，其中，单片机的功能是用来控制个模块协同工作并对数据进行处理，UWB定位信标通过I2C串口与单片机相连，单片机可以控制其接收UWB基站发出的短脉冲信号，UWB基站的额定最高信号强度为d，UWB信标接收到的短脉冲信号中含有脉冲飞行时间τ、脉冲到达角度为θ和脉冲信号强度p；惯性传感器通过SPI串口与单片机相连，单片机控制惯性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于合作型博弈的UWB和惯性导航的室内行人定位方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)构建室内行人定位系统：/n构建包括超宽带无线通信UWB基站和N个行人A＝{A

【技术特征摘要】
1.一种基于合作型博弈的UWB和惯性导航的室内行人定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)构建室内行人定位系统：
构建包括超宽带无线通信UWB基站和N个行人A＝{An,1≤An≤N}的室内行人定位系统，每个行人An携带的定位终端为Bn，定位终端Bn包括单片机Cn以及通过单片机控制的UWB定位信标Dn和惯性传感器En，其中N≥1，An表示第n个行人；
(2)确定合作型博弈的参与者和参与者的收益函数，以及博弈策略：
(2a)确定单片机利用UWB定位信标接收的UWB基站发送的短脉冲信号的脉冲飞行时间和脉冲到达角度对室内行人进行的UWB定位为合作型博弈的第一参与者，单片机利用惯性传感器接收的包括行人运动加速度信息和角速度信息的行人姿态信息对室内行人进行的惯导定位为合作型博弈的第二参与者；
(2b)确定合作型博弈的第一参与者和第二参与者的收益函数分别为f(p)和g(t)：



g(k)＝-0.058k+1
其中，p表示UWB基站发送的短脉冲信号的信号强度，d表示UWB基站的额定最高信号强度，k表示单片机的运行时间；
(2c)确定第一参与者和第二参与者同时参与定位的策略为第一博弈策略S1，第一参与者参与定位的策略为第二博弈策略S2，第二参与者参与定位的策略为第三博弈策略S3；
(3)UWB信标Dn和惯性传感器En接收信息：
每个UWB信标Dn通过单片机Cn的控制，接收kl时刻UWB基站发送的脉冲信号强度为脉冲飞行时间为和脉冲到达角度为的短脉冲信号每个惯性传感器En通过单片机Cn的控制，接收kl时刻行人An的包括运动加速度和角速度的姿态信息其中kl表示第l个时刻，l∈[1,2,...)；
(4)单片机Cn计算不同博弈策略下An的定位结果：
单片机Cn计算第一博弈策略S1下An的定位结果：单片机Cn采用基于到达...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓军，王泽，王昭，段宇鹏，徐启伟，杨文欣，柳一洋，张国栋，梁添程，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61