基于改进禁忌搜索的基站布局优化算法

由于室内定位场景的非视距特点,基站布局对于蜂窝网的定位精度具有重要影响,而目前基站布局仅关注容量、覆盖、信号质量,尚未考虑对室内定位精度的影响。提出了一种改进禁忌搜索的基站布局优化算法ITSA,改进了代价函数、邻域产生规则和解禁规则。对所提出的算法在相同的室内场景中仿真实验,结果说明,相比RFID读写器部署优化算法,该算法能够更好地降低定位区域的整体误差。     

室内定位中DS-TWR测距算法的优化

针对现阶段UWB室内定位的测距过程中易出现通信冲突且标签功耗高的问题,提出一种改进的DS-TWR算法.该方法通过一种基于Hash算法的时隙分配方法计算标签和基站的时隙,使每个标签和基站都有唯一时隙,以减少通信过程中标签冲突现象;同时不同于传统TOA测距流程,该方法设置一个主基站,标签只需与主基站进行通信,而从基站只需要进行监听;通过DS-TWR算法来实现标签与主从基站之间的测距过程,最终完成室内定位.实验结果表明,该改进方案可以有效地减少定位通信次数,假设定位基站有N个,改进算法的通信次数约为传统DS-TWR算法的4/3N,且基站越多,减少次数越多,有很强的工程应用价值.通过减少通信次数可以优化标签功耗过高的问题,使标签功耗节省33.3％;针对传统测距算法中通信冲突的问题,在加入Hash算法后,测距过程中基站标签的通信冲突率降低13％,从而使得系统中标签容纳量增加.     

基于AP布置优化和K-means聚类算法的室内定位研究

传统室内定位中聚类算法被动依赖定位环境中接入点(Acess Point,AP)数量,导致定位效率低、误差大,室内位置指纹定位研究中AP布局是影响定位精度的关键性因素。因此,采用Intel芯片的嵌入式微系统和美国Signal Hound生产的SA44B型测量接收机共同组成传感器网络,根据电波路径损耗建立室内定位的目标函数,采用单纯形法和模拟退火算法融合算法对目标函数进行优化,从而达到最合理的AP室内位置布局,而后改进K-means聚类算法将优化后的AP位置坐标作为初始聚类中心,来提高系统的定位效率和精确度。实验结果表明,与传统K-means算法相比,经过AP位置最优化后的聚类定位算法精度提高了13.8%。     

基于近邻传播算法的动态自适应室内指纹定位算法

目前传统的室内指纹定位算法中存在以下几个问题,首先在构建指纹库时采用平均值的方式构造指纹库容易受到噪声点影响而降低定位精度,其次使用欧式距离衡量待定位点与指纹点之间的距离可能引入信号强度距离较近,物理距离较远的参考点参与估计待定位点的位置从而增大定位误差,以及当参考点数量较大时,由于K近邻算法的计算量较大,从而造成定位过程耗时较大,能源耗费较多的情况,除此之外,由于K近邻算法无法根据实际情况确定参与定位的参考点个数从而限制了定位系统的精确性和拓展性。针对上述问题,本文设计了一种基于近邻传播算法的动态自适应室内指纹定位算法。该算法在离线阶段对在每一个参考点采集的信号强度值使用方差滤波算法去除噪声值,然后利用加入了参考点物理信息的近邻传播算法对参考点进行聚类处理。在在线阶段,通过进行粗略定位和精确定位动态的估计待定位点的物理位置。经过实验证明,本文所提出的新算法较对比算法有较高的精确度和稳定度。     

基站异常情况下基于改进极限学习机的超宽带室内定位方法

在超宽带(UWB)室内定位系统中,定位基站极易受到干扰,从而影响定位系统的准确性、稳定性和可靠性,干扰较强时,会造成基站数据异常波动,无法完成准确定位。为解决UWB室内定位系统基站异常情况的定位问题,本文提出了一种基于粒子群优化的极限学习机(PSO-ELM)定位模型,实现在定位基站发生异常情况下的高精度定位。该定位模型利用双边测 距(TW-TOF)采集标签和基站的距离,运用极限学习机(ELM)建立室内定位解算模型?引入粒子群算法(PSO)优化极限学习机的隐含层权值和阈值参数,以克服ELM算法存在的缺点。实验结果表明:在基站正常情况下,PSO-ELM定位模型平均定位精度可达0.03m。相比于传统TOA定位算法,精度了提高73%,同时在基站异常情况下,平均定位精度可达0.04m,有效解决了当定位系统基站发生异常情况时无法完成正常定位的问题     

基于最小二乘法的室内三维定位算法研究

现如今,室内位置服务成为国内外科研人员共同关注的焦点,人们对于位置服务的需求逐渐由最初的室外定位转变为室内定位,同时诸多的室内定位技术得以快速发展。通过以超宽带(UWB)的通信方式为依托,借助到达时间差值(TDOA)的定位模型,着重分析了最小二乘法在求解三维定位坐标时精度误差产生的主要原因。针对传统的最小二乘定位算法在求解三维定位坐标时,由于基站几何布局所引起的定位精度问题,提出基于最小二乘法的三维定位优化算法。通过对实验结果进行分析,比较定位算法在优化前后的两种场景下定位的不同表现效果,发现优化后的最小二乘定位算法的三维定位精度得以明显提高且定位效果稳定,同时也降低了三维定位精度对于基站几何布局的依赖性。     

基于UWB的室内人员定位系统的应用

为进一步研究基于UWB的无线定位技术,实现室内、室外定位服务的无缝衔接,文中设计了一种基于UWB的室内定位系统平台。该平台包括定位基站、定位标签和定位引擎,定位引擎主要采用TOA算法。定位基站对下与定位标签通信,对上与定位引擎通信,实现对人员、设备的精确定位。经实际测试,在具有3处墙体、8个柱子及多个较高障碍物的复杂环境下,该平台运行稳定,可展示实时定位轨迹。实验结果表明:在静态和动态定位中,室内非视距环境中定位最大误差为20 cm,满足室内高精度定位技术研究需求,为实际应用奠定了良好的基础。     

几何布局对掘进机位姿检测精度的影响分析

为实现综掘工作面悬臂式掘进机位姿无人化、高精度检测,提出了一种基于超宽带测距技术的掘进机位姿检测系统,推导了基于该系统的掘进机定位坐标及机身姿态角计算方法,通过Matlab仿真分析了基站布局间距、角度对定位精度的影响及机身定位点间距对姿态角检测精度的影响。仿真结果表明:随着基站至掘进机机身定位点的测量距离增大,系统定位精度降低;基站布局间距越大,系统定位精度越高;基站布局角度在yoz平面呈60°时系统定位精度优于基站布局角度呈0°及90°时;基站至掘进机机身定位点的测量距离对姿态角检测精度没有显著影响;机身定位点间距越小,系统姿态角检测精度越高。     

跨小区中继协作通信的无线通信能效优化

针对蜂窝网中基站能耗过高、用户通信业务需求较小的问题,休眠部分通信业务较少的基站,并采用无线中继协作实现跨小区中继协作通信。选择满足信宿输出信噪比最大的中继节点,依次删除协作效率最小的的中继节点,从而逐次优化中继选择结果。仿真结果表明,在跨小区中继协作的通信过程中,采用中继选择算法,能得到协作效率最高的中继节点,改善了小区内中继协作效率,提高了无线通信能效。     

A-GPS辅助定位技术研究

A-GPS定位技术是结合地面网络资源和传统卫星导航定位,利用蜂窝网基站代为传送卫星星历等信息,提高接收机对卫星信号的捕获概率,缩短接收机首次定位时间;在研究A-GPS对接收机辅助定位技术过程中,重点分析了A-GPS对接收机信号捕获的辅助原理,分析表明,基于A-GPS的信号捕获时间可缩短为传统接收机的1/40;利用GNSS导航信号模拟器和蜂窝网基站模拟器组建了室内A-GPS模拟测试系统,通过模拟基站的信令方式将参考时间、多普勒频移预测值以及星历或历书等辅助数据传输给用户接收机,实现了辅助数据在信令通道的编码和传输。     

基于UWB的地铁隧道定位系统设计

超宽带技术因其具有定位精度高、抗多径干扰能力强、传输速率高等优势,成为了当前主流的室内定位技术。由于地铁隧道中环境恶劣,为了保证施工人员的安全,实现对地铁隧道中施工人员的实时定位,设计了基于UWB技术的地铁隧道定位系统。该系统采用对称双向双边测距(SDS-TWR,Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging)算法以有效抑制移动标签和定位基站之间由于晶振漂移导致的测距误差,同时在基于到达时间(TOA,Time of Arrival)的定位方法上采用粒子群算法提高定位精度。实验结果表明基于UWB的地铁隧道定位系统在地铁隧道中能稳定工作且定位精度得到有效的提高,该系统具有功耗低、实现简单、定位精度高的特点,能够满足地铁隧道当中对于人员实时精确定位的需求。     

基于UWB的密集行人三维协同定位算法

针对复杂室内环境中密集行人定位精度低、超宽带(UWB)基站密度要求高的问题,提出一种基于UWB的密集行人三维协同定位算法。首先使用聚类算法抑制测距数据中较大非视距(NLOS)误差,并使用高斯均值混合滤波抑制标准测量误差;然后提出双层协同定位算法,建立协同定位数学模型,并结合迭代初始值获取策略进行初步定位,降低了基站数量要求,在筛选出NLOS误差较小的测距数据并修正后,进行二次定位;最后考虑行人高机动性,设计一种交互多模型卡尔曼滤波算法,缓解了定位结果跳变问题。实验结果表明,所提算法在弱NLOS环境和强NLOS环境下定位精度分别达到0.11 m、0.17 m,相比其他算法,具有较高定位精度,进一步降低了对UWB基站密度要求。     

OFDM超分辨率联合TOA/AOA定位

对无线信号到达时间（TOA）和到达角度（AOA）的精确估计是室内无线定位的关键。正交频分复用（OFDM）是适合多径衰落环境的一种高速传输技术。提出一种联合TOA和DOA的二维定位方法用于OFDM信号定位。算法首先通过信道估计得到信道的频率响应（CFR）,对CFR采用超分辨率算法估计信道时延。首径（first arrival path,FAP）的时延估计就是接收信号的TOA估计。将天线阵列接收信号通过DFT变换到频域,利用同样的算法估计信号各径的AOA/DOA。最后联合TOA和AOA在二维平面上确定目标位置。由于信号是多径、多载波信号,对各载波的DOA/AOA估计在载波间进行处理,再结合各径脉冲响应的幅值,选出属于首径的DOA/AOA估计。在多径环境下仿真表明算法有效且定位精度能够满足实际需要,尤其适合环境中只有一个基站或接入点的情况。     

基于单反射模型的混合定位算法研究

针对现有定位算法抗非视距能力弱、且对移动台求解时往往需要一个比较精确初始解的问题,利用移动台和散射体的几何位置关系,基于单次反射圆模型提出了一种抑制非视距误差的波达时间/波达角混合定位算法。定位过程中将散射体视为虚拟基站,根据最大散射半径确定移动台的可能位置范围,在该范围内搜寻所有满足约束条件的位置点,对这些点使用加权平均处理方式以提高定位精度,最后结果即为移动台估计位置。计算机仿真表明了算法的有效性。。     

基于单次反射的井下单基站DOA和TOA定位方法

针对井下巷道单基站定位系统中无线信号受多径效应、非视距传播影响导致定位误差较大的问题,提出了一种基于单次反射的到达方向(DOA)和到达时间(TOA)的联合估计定位方法。该方法利用视距路径和多条单次反射路径的TOA估计值构建以基站原点和单次反射点为焦点的双曲线,利用DOA估计值构建直线,从而建立含有连续位置信息的二元多次估计方程组,通过计算直线与双曲线的交点得到移动目标的精确位置。仿真结果表明,该方法较视距直接定位方法的定位精度有较大提高,且当单次反射路径为3条时即可达到较高的定位精度。     

民航多点定位系统基站布局优化

针对民航机场场面监视领域多点定位系统固定形状的基站布局方式造成进出场飞机定位精度低的问题,建立监视区域内基站布局问题的数学模型。以GDOP数值工具为定位精度评判标准,利用免疫寻优算法计算得到最优的基站布局方案;将此布置基站方案与星形、T形布置基站方式进行图形和数据的对比,同时又在此布置基站方案下改变主站位置来进行数据对比。仿真结果和对比数据表明免疫寻优算法布置基站的最优性且可以显著提高飞机定位精度。     

基于WCDMA标准的通信基站组网优化策略研究

在组建现代移动通信网络的过程中,基站的选型与建设已成为重要一环.以联通公司采用的WCDMA技术为基础,论述了在实际基站建设工程应用中,如何实现室内外协同覆盖要求,并针对不同的场所区域进行划分,提出对应的基站改造方案以及室内外组网方案,以提高整个蜂窝系统的通信质量.