基于卡尔曼滤波器和航位推测法的核电站无线定位系统

摘要

本发明涉及一种基于卡尔曼滤波器和航位推测法的核电站无线定位系统。该系统的基本组成部分包括：内置WIFI模块和MEMS传感器以及行业专用传感器的专用移动终端、智能手机、定位服务器和定位图形用户界面客户端。专用移动终端中MEMS传感器主要包括加速度计、陀螺仪、磁力计。此外，系统赖以运行的无线网络环境是必不可少的。该系统利用专用移动终端中MEMS传感器提供的传感器数据，经卡尔曼滤波计算得到移动终端佩戴者的运动方向和距离；将计算结果连同无线信号强度指示和地磁数据，再经卡尔曼滤波计算得出移动终端佩戴者位置和轨迹。系统还提供针对于核电站特殊工作环境的各种告警功能，例如，逗留超时、静止超时、跌倒跌落等各种安全、事故告警。

主权项

一种基于卡尔曼滤波器和航位推测法的核电站WIFI无线定位系统，其特征在于，该系统的基本组成部分包括：移动终端，佩戴在被检测人员身上，内置WIFI模块和MEMS传感器，其中MEMS传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计；智能手机，包括应用服务程序，内置WIFI模块和MEMS传感器；定位服务器，接收移动终端和智能手机采集的各种信号数据，实时计算位置结果；定位图形用户界面客户端，用以实时显示位置结果；所述定位系统采用的定位方法分为两个阶段：1)前期勘测阶段：在定位区域内根据室内拓扑结构和布置选取若干勘测点采集数据，其中采集数据包括：勘测点坐标(x,y)，勘测点处无线信号强度数据，以及地磁信号数据，利用所述数据为每个接入点AP和每种地磁信号数据生成一个径向基函数网络，实现由定位区域目标点坐标到AP的信号强度值RSSI和地磁信号的映射；2)实时定位阶段，包括以下步骤：步骤1：由移动终端各时刻MEMS传感器的输出值，计算出移动终端佩戴者的运动形态；步骤2：由移动终端各时刻MEMS传感器的输出值，根据行走的步数和步长得到距离D；步骤3：由移动终端各时刻MEMS传感器的输出值，先求与航向角、俯仰角和横滚角相关的四元数（a，b，c，d)，此四元数同陀螺仪测量数据(p，q，r)一道作为卡尔曼滤波器的观测值计算出估计值和再由四元数转换得到航向角ψ、俯仰角θ、和横滚角步骤4：构建卡尔曼滤波器：动态模型为，以位置坐标(x，y)作为状态向量，卡尔曼滤波器的状态方程为：x_k+1＝x_k+D sinψy_k+1＝y_k+D cosψ其中，D和ψ是经步骤2和步骤3得到的；观测模型为，以移动终端测量得到的一系列RSSI值和移动终端的磁力计输出值为观测量，利用在前期勘测阶段生成的径向基函数网络，卡尔曼滤波器的观测方程为：z_m，k＝RBF_m，k(x_k，y_k)+n_m，k其中，z_m，k是在k时刻观测到的第m个AP的RSSI值，1≤m≤M，或测量到的磁力计数据，M+1≤m≤M+3；M为定位区域内可探测到的无线接入点AP的个数；n_m，k为服从高斯分布的随机噪声；RBF_m，k表示第m个AP的径向基函数网络，或某种地磁信号数据的径向基函数网络；(x_k，y_k)表示在k时刻的位置坐标，通过该卡尔曼滤波器计算出移动终端佩戴者的位置坐标。