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专利号: 202110087963X
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模拟退火优化BP神经网络的室内外无缝定位方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、首先建立基于BP神经网络的室内外无缝定位算法模型;

步骤2、其次根据建立的基于BP神经网络的室内外无缝定位算法模型,结合模拟退火算法,建立基于模拟退火优化BP神经网络的室内外无缝定位算法模型;

步骤3、然后利用采集好的样本对使用模拟退火优化后的BP神经网络模型进行训练,确定最优的权值和阈值;

步骤4、最后将训练好的基于模拟退火优化BP神经网络用于室内外无缝定位;

所述步骤1建立基于BP神经网络的室内外无缝定位算法模型具体包括:A1首先把神经网络中各层节点的激活函数设置为ReLU函数:A2、用大写字母I、J、L分别表示输入层、隐含层和输出层,用上标in、out分别表示输入和输出,用下标i、j、l分别表示输入层、隐含层和输出层的第i、j、l个节点,则各层的输入输出分别为:其中, 表示隐含层的激活函数, 表示输出层的激活函数,Wij为输入层到隐含层的权向量,Wjl为隐含层到输出层的权向量;

A3将训练输出与期望输出的差值定义为网络的误差,则有 如果输出层有n个节点,则训练输出与期望输出的平方误差为:

其中, 为样本点的期望输出;

A4确定BP神经元各层节点个数;算法将室内外无缝定位中的PDR行人航迹推算定位结果坐标(xpi,ypi)和GPS定位结果坐标(xgi,ygi)作为神经网络的输入层,融合后的坐标作为神经网络的输出层,神经网络的输入层神经元个数为4,输出层神经元个数为2,隐含层的神经元个数根据经验公式(10)确定;

式中,m为隐含层神经元数量,n为输入层神经元数量,l为输出层神经元数量,a为1‑10之间的常数,因此,神经网络隐含层的神经元个数设置为8;

所述步骤2结合模拟退火算法,建立基于模拟退火优化BP神经网络的室内外无缝定位算法模型,具体包括:B1将算法初始化:设置初始温度T0,马尔科夫链的长度L,构建BP神经网络,随机设置神经网络的权值并得出初始解向量S0;

B2设置扰动函数:扰动函数用来在第k步,由前一个解向量Sk产生新解Sk+1,设置的扰动函数如下:f(k+1)=f(k)+ηξ                (11)其中,η为扰动幅度,ξ为随机扰动变量;

B3计算增量:计算Sk+1的增量dE=E(Sk+1)‑E(Sk),其中E(Sk)为解向量Sk对应的平方误差;

B4设置Metropolis接收判断函数:根据如式(12)所示的Metropolis准则判断是否接受新解,如果增量dE<0,则以概率1接收新解,否则首先在区间[0,1]产生一个均匀分布的随机数ε,如果ε<P,则接收此解,否则拒绝接受,进入下一步;

B5:设置内循环终止判断条件;选用时齐模拟作为内循环的判断条件,即将每一温度下的马尔科夫链长度L遍历完时在进行降温操作;

B6:设置降温函数:选用如式(13)所示温度衰减函数进行降温操作:Tk+1=αTk(k=0,1,2,3...)                (13)其中,Tk为温度下降K次的温度,Tk+1为经过一次降温后的温度;α∈(0.5,0.99)中的任一常数;

B7:设置外循环终止判断条件,选用循环总数控制法作为外循环的判断条件,即设定温度下降的总次数,当循环次数达到总次数时,结束算法,否则跳回到B2。

2.根据权利要求1所述的一种基于模拟退火优化BP神经网络的室内外无缝定位方法,其特征在于,步骤3使用设计好的基于模拟退火优化BP神经网络的室内外无缝定位算法模型,根据采样规则,采集训练样本,对算法进行训练;

采用规则为:采样长度550m,采样间隔1.1m,样本总数500组,训练样本数400组,测试样本数100组。