基于超宽带技术的井下人员定位系统

针对目前常用的井下人员定位技术存在传输距离短、抗多径效应差、定位精度低等问题,采用基于到达时间差的超宽带定位技术,提出了一种井下人员定位系统。该系统通过多个定位传感器发送测距信号,井下人员携带的目标节点接收信号并进行处理后回传给定位传感器,主定位传感器通过WiFi网络接收定位传感器发送的测距信息,并通过有线以太网发送至定位服务器来实现井下人员实时定位,有效提高了井下人员定位精度。     

基于超声波技术的3D定位系统研制

精确的位置信息是B3G移动通信系统实现普适计算功能的要求,提供位置信息的系统必须是低成本、低电子复杂性、放置方便和多目标定位的;系统由中心节点、超声波接收传感器节点和超声波发射信标节点通过无线通信链路构成定位网络;信标节点和多个传感器节点在中心节点通过无线通信链路的协同下分别测出超声波在它们之间的视距传播时间,进而依据已知的传感器节点位置和声速,利用最小二乘法计算出信标节点的位置;给出了本定位系统的组成框架、定位算法、基于nRF2401无线收发模块建立无线通信链路的MAC协议和超声波收发时间差的修正方案;本定位系统达到了设计目标,实验结果表明定位精度也满足应用要求.     

基于相控阵的WiFi CSI 定位系统的性能预测

WiFi作为当前最重要的通信方式之一,基于WiFi信号的室内定位系统最有望在日常生活中得到广泛地部署应用.最新研究表明,当采用WiFi通信过程中获取的信道状态信息(CSI)对目标进行定位时,系统可实现亚米级的定位精度.然而,实验场景下的定位精度受到测试样点位置、WiFi设备布局、天线布局等诸多因素的影响.因为目前仍缺少WiFi CSI定位性能预测方法, WiFi定位系统部署后往往难以获得预期的精度.为此,面向多样化场景提出WiFi CSI定位性能的预测模型.首先,从CSI定位的基本物理模型出发,定义天线对的误差微元函数,并通过对定位空间的分析生成误差微元矩阵以及定位性能热度图;其次,对天线对进行拓展,通过引入多天线融合方法、多设备融合方法构建通用的CSI定位性能预测模型;最后,为了将真实场景地图考虑在内,提出将上述热度图与场景地图相融合的方法,从而实现场景定制化的性能预测.在理论分析的基础上,结合2个不同场景下的实验数据验证了定位性能预测模型有效性.实验结果表明,实际定位精度的变化趋势与理论模型相吻合,通过理论模型分析可将定位精度优化32%–37%.     

天线分集技术在WSNs定位中的应用

针对基于接收信号强度指示（RSSI）的定位算法中根据RSSI测距误差较大的问题,提出了在锚节点上使用天线分集技术的方法。该方法在锚节点上安装2根天线,天线互成90°,采用空间分集。锚节点在接收未知节点广播信号时,选择2根天线中信号强的天线接收信号,并记录RSSI值。实验证明：在锚节点上引入天线分集技术,可以降低无线信号多径衰落的影响,提高RSSI值的稳定性,减小了测距误差,提高了定位精度。     

基于相位差测距的RFID室内定位系统设计

针对当前室内定位的广泛需求及传统室内定位技术的缺陷,设计了一种基于相位差测距的射频识别(RFID)室内定位系统.系统主要由RFID阅读器、电子标签、STM32模块组成,3个电子标签固定在特定位置作为信标节点,1个RFID阅读器作为移动节点发射与接收超高频信号,STM32模块根据测得的相位差计算相应的距离,并利用改进后的三边定位法,确定阅读器的位置.在实验室对进行了设计并测试,结果表明:该系统能很好地完成定位功能,定位精度达到厘米(cm)级,可满足众多领域的应用需求.     

GPS天线阵抗干扰射频前端设计

卫星导航定位系统的抗干扰技术研究意义重大。基于天线阵列的抗干扰技术需要同时采集多路GPS天线信号,而通用GPS接收机大多只能接收单路天线信号,难以满足需求。为此,设计了一种四元天线阵列的GPS抗干扰射频前端。通过四元天线阵列分别接收四路GPS信号,经过低噪声放大器、射频滤波器、下变频到中频信号,以供给后级A/D采样,经抗干扰模块后达到抗干扰目的。最后,对此射频前端进行整体电路测试,并给出了测试结果。经实际应用,验证了该系统方案的可行性。     

超宽带技术下基于软两步法的目标定位

针对采用超宽带技术的目标定位问题进行了研究,提出了直接估计目标位置及其改进的软两步法的定位方案;首先通过对超宽带信号模型和基于到达时间的典型两步定位方案原理的分析,提出了一种采用一组测量值或一组可能的ToA估计量直接估计目标节点位置的方案;为了消除该方案中阈值选择时存在的模糊性和强多径分量,提出了基于多ToA的定位方案,从而实现对目标节点的跟踪定位;仿真实验结果表明,提出的定位方案相比于典型的两步定位方案无论是在视距场景还是非视距场景中都具有更高的目标跟踪能力和更小的定位误差累计分布函数。     

基于相位差原理的无线电源定位方法的研究与仿真

为了确定兵器试验场上弹落点的位置,提出了基于多接收天线的接收信号相位差原理,确定近距离无线电发射源位置的方法,建立了一种5个接收天线的菱形测距模型,推导了距离与相位差的关系,通过测量菱形中心与任一顶点间的相位差,从而得出发射源的距离;为了简化接收天线的布置,优化了长、短对角线。得出了简易的方阵测距模型;本文还对此模型进行了计算机模拟仿真,证明了该方法的可行性。     

基于相位差测量的无人机单站无源定位系统

为拓宽无人机侦察作战范围,提高探测定位精度,提出一种适用于无人机的机载单站无源定位系统,首先建立应用计算相位差方法定位的无人机观测平台模型,并对提出应用DFT的相位差测量方法;然后进行机载单站无源定位系统的设计,无源定位系统兼容了无人机遥测系统设备;最后对系统整体进行了仿真,给出了在一定条件下该系统对目标x,y,z坐标的定位结果,仿真结果证明了系统设计的可行性。     

基于聚类分析优化的距离修正室内定位算法

基于接收信号强度RSSI的定位系统易受环境影响,提出一种基于聚类算法分析的高斯混合滤波的RSSI信号处理优化策略,通过优化接收信号强度及距离修正的四边质心定位算法对未知节点进行精确室内定位,使用蓝牙4.0信标节点进行实地实验。实验结果表明,该算法可以有效提高测距精度,改善系统的定位精度,比传统加权质心算法的定位精度提高了34.6%,且定位平均误差不超过0.5m,可满足室内定位精度要求。     

多超音速目标被动声定位技术研究

首先提出了基于激波信号的超音速目标被动声定位模型,针对多超音速目标被动声定位研究存在的困难,提出了一种基于遗传算法的多目标定位技术,解决了多目标被动声定位时的虚假目标问题。通过采用多测量站信息融合的方法,解决了定位系统对某些方向的目标存在探测精度低的问题。系统仿真结果表明,该方法可以提高定位系统的精度和可靠性。     

多源分布式协作空时网络编码系统的设计

为改善传统空时编码协作方案中节点功率消耗过高和传输效率较低的问题,在多信源、单中继协作网络中提出一种新的空时网络编码方案。该方案利用中继节点的多天线优势实现接收分集,并在中继节点设计空时网络编码,再按照编码矩阵特点转发信号到目的节点。仿真验证了信源数、中继天线数不同时的系统性能,并分析了传统空时编码协作方案与提出方案的性能差距和传输效率,得出该方案是一种易于实现,性能良好的高效无线数据传输方式的结论。     

全源矿井定位:一种智能煤矿位置服务新范式

矿山动目标定位系统为煤矿智能化建设提供基于位置的服务。而传统的矿井定位系统中定位信标与定位标签之间大多采用单一或组合通信技术,结构不灵活,覆盖范围受限,鲁棒性不高,定位精度有限;使用单一或组合测距技术,无法根据使用场景的不同自适应选择最优测距技术;位置求解算法固定,无法根据使用场景的不同和信号变化自适应选择最优求解算法。提出了全源矿井定位新范式,可根据定位环境和目标承载平台的变化,从所有可用定位信号测量设备中动态选择满足当前需求的最优设备组合,自适应地从可用的测距算法、位置解算算法、结果优化算法中选择最优的算法组合,计算出目标节点的最优位置。给出了全源矿井定位系统架构,探讨了矿井中可用的定位信号测量设备和可用于定位的测量属性值类型,对比了单一矿井定位与全源矿井定位在定位服务器方面的功能差异。研究了全源矿井定位中的3项关键技术:统一定位框架技术,旨在解决全源定位的模块化、组合式、可扩充需求;全源定位信息融合技术,对测量属性值进行有机组织,达到提高定位精度的目的;通信定位一体化技术,通过无线通信网络本身所具有的定位能力,简化全源矿井定位系统的设计并提高定位精度。提出了基于“端-边-云”的全源矿井定位系统实施架构,以便与煤矿智能化的主流建设模式相适应,大幅降低实施难度和系统成本。     

三维空间RFID定位系统方法及其应用研究

为了提高室内定位系统的性能, 提出了一种三维空间内利用RFID技术定位目标物体的算法。算法通过接收信号强度获得天线和目标标签之间的距离, 然后采用梯度下降法计算得到目标电子标签的位置。仓库定位网络实验结果显示, 所建立的算法可以逐步逼近目标标签的真实位置, 有效提高了三维空间内目标的定位精度, 在仓库管理等室内定位系统中具有较强的实用性。     

机场场面目标松驰定位技术研究

由被动传感器组成的无源多点定位系统可以实现对机场场面合作目标进行监视,而无法监视非合作目标。为实现对机场场面各类目标的同时有效监视,在无源多点定位系统中引入辐射源,使该系统可以利用目标对辐射源信号的散射实现对各类目标定位。另外,由于系统中辐射源的存在,各个接收传感器可利用辐射源的直达波与目标散射波之间时间差进行定位,避免各站间的时间基准统一问题,定位精度更高。实验结果表明:提出的方法可以有效地对场面多个目标进行定位,是一种有效的场面各类目标定位方法。     

无线传感器网络节点定位误差的估算方法

针对无线传感器网络节点定位时非直线传播误差的影响,提出一种基于信号单径到达时间和接收能量比的NLOS(Non-line of sight)估计算法。本算法以单径到达时间为基础,结合接收能量衰减状况,建立了基于信号传播路径损耗模型的NLOS估算式,并结合天线系统方向性的影响对估计结果进行必要的修正。实测数据表明:经NLOS校正后节点定位误差能控制在45 cm以内,可满足各种无线传感器网络的节点定位需要。     

基于TDOF的分布式激光定位系统设计与实现

依据无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)定位系统的理念,设计并实现了一套基于一组905 nm的窄带宽红外脉冲激光的高精度,高频率的室内定位系统.该系统利用到达分布式激光脉冲接收器的飞行时间差TDOF(Time Difference Of Flight)进行定位,激光接收模块作为信标节点采集来自同步节点和定位节点先后发出的激光脉冲,并通过串口方式发送TDOF信号到中心控制主机,中心控制主机通过TDOF信号与各信标节点的空间坐标进行定位计算,定位解算方法基于高斯牛顿迭代法(Gauss-Newton iterative algorithm)和最小二乘法(Least square method).实验结果表明,该系统的平均定位误差可优化到±6.5 mm内,并且可以通过更多有效数据,进一步提高定位精度.     

矿井UWB定位系统中圆极化天线的优化设计和应用

天线是矿井UWB定位系统的重要组成部分,为了抑制矿井UWB定位系统接收到多径反射信号,提高矿井UWB定位系统的定位精度,对传统圆极化天线结构进行优化,设计了一种新型右旋圆极化微带天线。先将矩形开槽改为十字开槽,改变电流轨迹,使两正交线性极化电场的相差更接近90°,从而降低轴比,使天线的圆极化纯度更高;再将十字开槽平滑扩展为菱形开槽,达到提高交叉极化电平、抑制正交旋向的效果,使天线实现更高的右旋圆极化纯度。采用HFSS软件对该新型右旋圆极化微带天线进行仿真,仿真结果表明,主辐射方向交叉极化电平>10.4 dBi,可以达到很好的右旋圆极化效果。新型右旋圆极化微带天线样品的工作频带和回波实测结果同仿真结果基本吻合,说明该新型天线结构易于加工且正常容差内的工艺偏差对天线性能的影响程度相对较小。将制作的新型右旋圆极化微带天线样品用于基于到达相位差的UWB定位系统,并在隧道环境下进行现场测试,测试结果表明,信号到达相位差稳定性有明显改善,对多径效应有明显的抑制效果,可以有效提高UWB定位系统的定位精度。该新型右旋圆极化微带天线具有体积小、质量轻、易于制作等优点。     

基于TDOA的超声波室内定位系统的设计与实现

设计并实现了一种基于射频与超声波信号到达时间差的高精度室内定位系统,用于无线传感器网络中节点的定位和跟踪。系统中位置固定的信标节点周期性同步发射射频信号与超声波脉冲,待定位的移动节点测量接收到的射频和超声波信号的到达时间差,并将此数据采用分时的方式发送至中心控制主机。中心控制主机应用实验中得出的时间补偿参数,计算移动节点与信标节点之间的距离,最后采用极大似然估计算法实现目标的定位。实验结果表明,该系统的平均定位误差在10 cm以内,具有较高的定位精度。     

基于UWB的室内定位系统研究

针对目前国内室内定位领域的需求,提出一种基于UWB的室内定位系统实现方案,充分利用UWB带宽大、定位精度高的优点,实现室内三维定位和追踪。系统通过TOA方法,测量UWB标签与多个UWB基站之间的距离,位置解析服务器通过串口读取测距信息。采用基于四UWB基站的三维空间定位算法,计算定位目标在室内三维空间的位置,并通过WiFi发送位置至用户手机端。手机端通过OpenGL ES加载三维室内地图,并动态接收从服务器端发送的定位目标位置,从而实现室内三维定位与追踪。系统测试表明,基于上述方案的室内定位系统具有较高的精度和实用性。