基于HMM的异构信息融合定位算法研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cangyueshang
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当前,导航技术正在快速发展,人们对定位要求也不断提高,利用单一导航源提供的单一信息定位已不能满足人们的要求。多源融合导航技术是当前导航定位技术发展的必然趋势。在信息融合定位过程中,除了室外常用的卫星信号外,地球磁场、蓝牙/WLAN信号、里程、气压、图像等信息也逐渐运用到定位中。以上信息无论在数据格式、物理机理还是定位原理均存在极大的差异,我们称之为异构信息。如何将这些异构性信息进行融合是信息融合定位研究的重点。国内外专家学者针对这一问题提出了众多解决方案,其中,基于隐马尔科夫模型(Hidden Markov Model,HMM)的融合定位算法利用了信息在时序上的马尔科夫性质,能够较好地融合不同种类信息,成为当前异构信息融合的研究热点。  本文针对异构信息,提出了一种基于HMM的多源融合导航定位方法,主要工作总结如下:  1.基于多传感器提供的原始数据,对现有导航源提供的信息进行分类梳理,并着重研究了场景信息的感知方法:通过配备在行人或车辆上的多传感器,对其行为或周围环境的特征进行分析建模,进而得到场景信息感知方法。结果表明,场景信息的检测率较高,为利用此信息的融合定位算法奠定了基础。  2.在分析了不同种类导航信息的基础上,本文结合隐马尔科夫模型数学工具,设计了异构信息融合定位算法。相比于其它的融合算法,这种算法有效地利用了场景特征,因其比电磁信号更加稳定,使得它对其他信息的定位结果具有修正作用,提高了定位精度。同时,隐马尔科夫模型将所有信息统一到同一算法框架下,既精简了融合算法结构,又提高了融合定位结果的精度。  3.搭建了典型室内外环境下,面向行人和车辆的实验验证系统,能够提供定位基准、惯性信息、地球磁场强度、蓝牙/WLAN指纹、视觉图像、场景等信息,具备算法验证的功能。  4.针对所提出的算法,利用实测数据进行仿真实验。结果表明,本文提出的算法可以在起点未知的情况下,有效地自主寻得起点,在有限的测试数据下,正确率较高,且所需时间较短。在定位精度方面,使用本文方法的行人弯路与惯性信息融合,相较于单纯使用惯性信息的行人航位推算(Pedestrian DeadReckoning,PDR),得到的定位结果精度最高可提高40.56%且保持稳定。在车辆地磁、里程与弯路异构信息融合实验中,1σ定位精度可达1.598m。同时,算法在信息存在漏检的情况下,仍具有较好的鲁棒性。  综上所述,本文提出的算法是一种有效的异构信息融合定位算法。
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