基于自适应UKF的UWB/PDR行人定位系统

UWB(Ultra-Wide Band)无线通讯技术在室内导航定位领域获得了广泛的应用，然而基于UWB的行人定位系统在复杂室内环境下的稳定性不佳，导致定位误差增大。为了解决这一问题，文中提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)的UWB/PDR(Pedestrian Dead Reckoning)行人定位系统。该系统利用无迹卡尔曼滤波算法将PDR模型与UWB的定位信息进行融合，以得到最优位置估计，随后利用UWB定位与PDR系统所获得的步长差概率密度函数来计算定位点的非视距评估概率，并将评估结果作用于系统的自适应噪声调整，以此提高系统对环境的适应性。实验验证结果表明，该系统可有效降低复杂环境下定位误差，提高行人定位结果的精度和稳定性，平均定位精度达到10 cm以内。     

小型舰艇高精度辅助定位无线电探测系统

针对海面小型舰船 GPS定位信号易受干扰和安全性差的问题,设计了一套VHF无线电辅助定位测向系统。系统采用5元均匀线性阵列接收舰船的脉冲应答信号,利用FPGA硬件处理模块快速实现基于多重信号分类(MUSIC)算法的超分辨测向测距,其中特征向量分解(EVD)模块采用Jacobi快速迭代算法,达到ms级响应速度; 校准模块采用仅需移位加法运算的坐标旋转数字计算机(CORDIC),不仅节约了硬件计算资源, 还减少了阵列误差对测向结果的影响,有效提高了系统测向精度。通过与浮动目标建立了基于时分多址(TDMA)的通信机制,能够以软件方式自适应改变工作频段和工作时间,大大增强了抗干扰能力强。测试结果表明：系统测距偏差在15m以内,在阵列正前方±40°夹角内时测向偏差能够保持在3°以内,能够快速有效的获知目标方位距离信息,为小型舰船在复杂干扰环境下的高精度定位提供了一种有效辅助测量手段。     

基于捷联惯导系统补偿的UWB的室内定位方法研究

根据超宽带定位系统在室内定位应用,分析UWB信号丢失或被遮挡时类型,将基于捷联惯导系统的惯性器件IMU的加速度计在三个方向的增量信息作为UWB丢失信号的补偿,从而改善UWB在室内定位中的精度。通过仿真实验测得在UWB信号丢失10s时间,该设计可以将原来的位置误差缩小到2m以内。针对设计的定位模型,利用实验室设备搭建该原理样机,通过半物理仿真试验,证明基于捷联惯导系统的UWB室内定位系统在水平面X轴与Y轴误差基本保持在0.5m范围内。     

扩展卡尔曼滤波算法在UWB定位中的应用

随着无线通信技术的发展,新兴的无线网络技术得到了广泛的应用,基于无线网络的定位技术尤其是UWB（Ultra Wide Band）无线定位技术具有广阔的发展前景。考虑到UWB定位系统中存在的非线性问题,在RSSI（Received Signal Strength Indication）算法的基础上将扩展卡尔曼滤波算法应用于UWB定位技术中,并对RSSI算法和扩展卡尔曼滤波算法进行了性能仿真分析,通过仿真证实了扩展卡尔曼滤波算法能够有效减少定位误差,提高定位精度。     

基于MC9S12XEP100的旋转磁场定向测距系统设计

针对传统基于地磁导向的连续测斜系统易受干扰以及惯性导航的陀螺测斜系统具有积分漂移误差,难以满足连通井导向定位高精度测量的需求,提出一种基于旋转磁场闭环定向测距的系统方案,完成了该系统的硬件电路设计、软件设计以及远距离通讯协议设计,并进行了地面实验。该测距系统由地面系统和井下系统组成;其中,井下系统用于数据的采集、地面系统用于数据接收和命令传输,系统之间数据采用曼切斯特码传输以提高精度降低误码率。试验表明,在钻头靠近目标井70m,可检测到有效信号;在50m范围内,可以控制测量精度在5%。     

基于UWB的室内定位关键技术研究

基于UWB(Ultra Wide-Band)的测距和定位技术具有传统定位方式无法比拟的优势。简要介绍了DTOA(A Different Time of Arrival)的定位原理和超快带信号UWB的定义,探索性的给出了一种基于DTOA的无线定位算法,并进行了仿真测试以及精度分析。     

基于DW1000的室内定位系统设计与测距优化方法

文章提出了基于Deca Wave的单片收发一体射频芯片DW1000的UWB定位方案,设计了系统的软硬件框,讨论了相关定位算法及测距的优化算法。系统中被测节点(tag)与锚节(anchor)点通过双向TDOA算法等到两者之间的距离,tag与多个anchor的距离通过UWB通信被汇总至定位服务器,由定位服务器三角质心定位算法测算出tag的三维空间坐标。经实验研究表明,系统在LOS环境下具有较高的精度,在NLOS环境下也具有良好表现。     

基于UWB的医院室内定位系统设计

本文构建了基于UWB技术的医院室内定位系统。系统采用双向飞行时间的测距（TwoWay-TimeofFlight,TW-TOF）方法,并通过数据拟合函数对距离公式进行修正。测试结果表明该定位系统精度误差小于0.244m,能够满足医院环境下的定位需求。     

斗轮机防撞系统设计与实现

针对储煤棚斗轮机与支撑柱潜在的机械碰撞问题,文中设计了一种基于UWB(Ultra Wide Band)定位技术的防撞系统。系统以STM32主控芯片和UWB通信模块为主要构架,结合取料机机械臂相应机构规划了储煤棚中通信模块的安装位置。系统采用卡尔曼滤波算法,通过UWB模块采集基站数据,计算出数据采集点到基站坐标数据。进一步地,列出标签基站的坐标方程组,求解出标签基站的距离值,对比距离值与警戒值（600 cm）后,判断响应警报信号。经过现场测试,斗轮机防撞系统实时距离值和具有防撞提示作用。     

基于UWB的室内定位平台设计及应用

为了设计一套高精度、高实时性、操作简单的室内定位系统,该系统采用DW1000芯片设计制作了UWB定位硬件板;以node.js为基础,使用htm15、css3和js搭建了web界面;使用socket.io技术实现了前后端的双向实时通信。为了保证定位精度,采用双边双向测距方法来测量距离,用双曲线模型定位算法来解析定位结果。对整个定位平台进行了实验测试,测试结果表明该平台运行稳定,web界面能实时清晰地显示标签位置,并且标签的定点精度在10 cm左右,动点精度在20 cm左右。     

基于惯性导航与超宽带的行人协同定位研究

基于惯性导航与超宽带测距,文章研究了GNSS信号受干扰情况下的行人协同定位技术,采用了一种协同导航算法,其可以在行人导航解算的基础上,获得单人导航的位置信息,并在UWB测距得到的相对观测值的基础上,通过扩展卡尔曼滤波算法对各个行人的位置信息进行交互融合,最终得到目标的理想位置信息。行人导航实验表明,该方法能够提升系统定位精度,并进一步增强系统的稳定性与可靠性。     

应用于小型无人机的高精度雷达高度计设计

FMCW系统测距的准确性受到中频频率测量精确性的影响,而FFT算法存在栅栏效应的缺点,使用FFT算法对中频 频率进行频谱分析会降低测距精度。本文介绍了一种名为FFT-CZT的新方法,用来克服FFT存在栅栏效应的缺点, 与之前的研究相比,采用改进的CZT算法对信号进行窄带分析,得到信号的精确频率。本研究还构建了一个雷达硬件系统来评估该算法,系统包括射频前端模块,中频模块和数字基带处理模块, 实测测距范围1ｍ~50ｍ,相对误差始终保持在5％以内,15m以下相对误差小于1％,可为无人机的平稳飞行提供高精度的高度信息。     

基于UWB和惯性导航融合的室内定位方法

针对室内环境日益复杂,单一的定位系统已经不能满足人们对定位准确度需求的问题,设计了一种利用超宽带(UWB)和惯性导航融合进行的室内定位方法:首先针对UWB测距结果容易受环境影响的问题,根据实验环境对UWB测距进行了标定;然后利用改进马氏距离的异常值检测方法对测距过程中的异常值进行了剔除;最后采用了紧耦合的卡尔曼滤波器,以UWB测距值作为扩展卡尔曼滤波观测量,以惯性导航解算的位姿作为扩展卡尔曼滤波器的预测量,通过UWB测距来不断校正惯性导航的位姿数据。最终为了验证所提方法的可行性和有效性,进行了UWB单独定位和UWB与惯性导航融合定位的小车搭载矩形运动轨迹实验,通过对两种方法实验数据的对比分析,在加入了外界干扰时的矩形轨迹定位实验中,利用UWB和惯性导航融合的定位结果,平均精度比单独利用UWB进行定位时提高了36.3%;误差结果对比表明,利用UWB和惯性导航融合定位的误差波动更小,具有更高的鲁棒性。表明了该融合定位算法与单独利用UWB技术进行定位的算法相比,能够有效地抑制定位过程中的干扰问题,并且可显著地提高在室内环境下定位系统的鲁棒性和定位精度。     

基于幅度调制的连续微波雷达测距研究

为实现实时快速的全天候、高精度、大范围测距,该文提出了基于幅度调制的微波雷达测距方法。在分析主要微波雷达特点的基础上,深入探讨了该方法测尺频率和测距范围、精度之间的数学关系,并利用调制在高频载波的低频信号满足大范围测距需求,采用基于测时技术的高精度测相方法实现高精度与高速度测距,并基于混频器、测时芯片TDC-GP2等器件搭建了雷达实验系统。实验表明,基于TDC-GP2测相单元的测相精度达(2.7110-4),并在2.4 GHz载波、150 kHz调制信号的条件下,对3.0～4.1 m内目标的测距实验证明了系统具有1000 m大范围测距的可行性,且目标处于3.0 m时测距精度为0.0187 m,系统单次平均测距时间为0.02～0.03 s。     

基于SOA的超宽带脉冲测距系统

提出了一种采用超宽带（UWB）高斯脉冲的测距系统,利用搜索者优化算法（SOA）搜索本地信号和接收信号之间相关的峰值,计算检测距离。分析了给定信噪比下接收机的相关结果、采用SOA的搜索过程以及搜索结果的概率分布。同时,在各信噪比下,与现有的步进相关法及门限判别法进行比较,仿真结果表明,信噪比在15 dB以上的系统测距测量误差达到3 cm,其性能优于门限判别法,而与步进相关检测法相当,但运算量较之减少84%左右。因此,该系统在高精度测距中极具实用价值。     

UWB定位中基于XGBoost的NLOS识别方法

NLOS场景下UWB室内定位精度下降，识别出NLOS有助于进一步提升定位精度。针对超宽带定位中非视距识别的问题，提出基于XGBoost的NLOS识别方法。基于XGBoost决策树算法，采用两个层面的数据源对UWB定位中NLOS进行识别：元数据层面，用真实定位场景中采集的UWB CIR数据作为数据源；统计数据层面，将CIR数据经过一定的加工，得到几个关键的信号特征参数作为数据源。两组实验结果表明，XGBoost算法在元数据和统计数据上识别精确度分别达到91%和92%。UWB定位中XGBoost算法能显著提高识别NLOS信号的准确度。     

室内信道环境下UWB精确测距研究

研究了IEEE 802.15.4a室内信道环境下UWB(ultra wideband)信号的精确测距能力。提出了一种改进的基于区间搜索和门限比较的TOA(time of arrival)估计算法。基于对CM1和CM2信道实现的部分参数的统计分析,建立了TOA估计误差的概率模型,并由此给出了通过将误差概率控制到最低的算法门限设置方案。通过仿真考察了不同信噪比下测距结果的平均绝对误差。结果表明,UWB在室内信道条件下要获得厘米级的测距精度,接收信号须保证足够高的信噪比,但信噪比提高到一定程度后测距性能并不会进一步提升,此结论对于设计满足一定精度需求的定位算法以及实际测距中控制信号的传输功率具有一定的指导意义。     

基于UWB定位系统硬件平台设计

为进一步研究基于UWB的无线定位技术,文中设计了一种基于UWB定位系统硬件平台。硬件平台基于模块式设计思路,选用STM32F405作为主控制器,通过SPI总线与DW1000射频芯片通信。UWB射频电路围绕DW1000设计布局,使用全向外置天线。硬件平台在通信方面设计使用GPRS无线通信模块并采用TOA定位方式,预留GPIO外设扩展接口。经制板测试,在视距空旷环境下最远通信距离为110m,在相同环境下100m测距均方根误差20.2cm,室内非视距环境中定位误差为20cm,满足室内高精度定位技术研究需求。     

用于修正NLOS误差的超宽带定位方法

近年来,基于超宽带系统的室内定位凭借其高精度和高稳定性等优点得到了广泛应用。在复杂室内环境中,超宽带信号在障碍物间的非视距传播导致定位基站和标签之间的距离测量值产生额外误差从而导致定位精度下降。文章提出一种用于修正非视距(NLOS)误差的超宽带定位方法,通过基于自适应增强算法识别 NLOS 传播,识别后通过测量值重构对应视距测量值并计算位置坐标,最后通过无迹卡尔曼滤波算法修正定位误差。实验结果表明,该算法有效消除了 UWB 定位系统中较大的 NLOS 误差,提高了定位精度,具有很好的稳定性。     

基于扩频多址的差转游标测距方法与应用

针对游标测距法在转发测距中无法实现多址测距的问题,提出了一种基于扩频多址的差转游标测距方法。该方法采用游标法实现高精度测距,采用直接序列扩频技术以正交的伪随机码（PN码）区分不同的测距信号,利用不同的差转频率区分不同的转发信标。基于该方法构建了测距系统,系统的测距精度可达亚米级。转发信标使用电池供电和无线通信调度,结构简单,成本低,功耗小,安装简单。该系统非常适用于工业场景的人员定位管理。