多照明区域协作的室内可见光定位

考虑室内存在障碍物遮挡及背景光和反射光干扰 较强的实际定位场景,提出了一种基于多照明区域 协作的LED可见光室内定位方法。本文方法引入多照明区域联合定位思想,利用分布于室内 不同区域的LED 发出的参考信号估计定位节点到各LED的信号传输时间差,构造协作定位距离估计目标函数 ,并通过非线 性最小二乘(NLLS)算法获得定位目标的位置估计。将提出的定位算法在10m×3m的空间区域中进行定位仿 真,在5W LED照明、双区域协作条件下,获得了平均定位误差7.41 cm的定位精度。结果表明:提出的协 作算法不仅提高了室内定位精度和系统应用的普适性及鲁棒性,而且有效地解决了室内可见 光定位存在的遮挡效应;此外,对动态定位追踪也有一定的效果。     

基于遗传算法优化BP神经网络的可见光定位

采用接收信号强度(RSS)方法的室内可见光定位 ,因受多径效应及噪声的影响,对距离估计不准确, 定位精度不高。为提高定位精度,本文提出了一种采用遗传算法优化BP神经网络(GA-BP) 的距离估计方法。 先通过遗传算法优化BP神经网络的初始权值,经过优化后的BP神经网络收敛速度快,不易 限于局部最优。 再利用GA-BP神经网络对收发端之间的距离进行修正,使其接近于真实距离。最后使用最 小二乘法解算待 定位点坐标,同时在不同定位范围和不同定位位置下,与传统RSS加权质心方法的可见光定 位结果进行对 比。仿真结果表明,在5m×5m×3m的定位场景中,平均定位误差可以达到0.642 cm。与传统RSS加权质 心方法相比,平均定位精度提高了约96.4%。且在不同定位范围和不 同定位位置下,平均定位误差稳定在 毫米级,尤其不随定位范围的扩大而扩大。有效地提高了室内定位精度和系统应用的普适性 。     

基于像素距离加权的室内成像定位研究

针对室内成像定位技术受随机噪声的影响较大、定位误差较高的问题,提出了一种基于像素距离加权的室内成像定位技术。在室内屋顶布设多个红外LED,依靠成像传感器获得红外LED信标的像点,将成像点到成像传感器中心的像素距离作为加权因子引入室内成像定位算法中,可以有效地提高室内定位精度。并进行了仿真实验,实验选择4m×4m×3m的空间区域模拟室内环境,当布设的红外LED信标数量为3时,应用改进后的算法可以获得10cm以内的定位误差性能,并且误差波动不超过5cm。另外,随着布设信标数量的增加,定位误差继续减小。改进后的定位算法有效地提高了室内定位的精度以及成像定位算法的普适性。     

基于泰勒加权最小二乘算法的水下TDOA/FDOA联合定位方法

针对水下复杂的定位场景中,两阶段加权最小二乘算法因为忽视噪声平方项而造成的定位不精确问题,本文提出了一种基于泰勒加权最小二乘算法的水下到达时间差和到达频率差(Time difference of arrival and frequency difference of arrival, TDOA/FDOA)联合定位方法。该方法首先通过加权最小二乘算法求解目标粗估计位置和速度;然后通过求解TDOA/FDOA测量值的泰勒展开式构造定位误差方程,用迭代的方法不断更新目标估计位置和速度;最后,当定位误差足够小或达到最大迭代次数的时候,算法停止运行并输出目标估计位置和速度。仿真表明,在噪声方差小于10分贝时,本文算法的位置和速度估计的均方根误差能够接近或约等于克拉美罗下界。      

基于无线传感器网络时钟同步的定位算法研究

讨论了在无线传感器定位节点(文中称为锚节点)位置已知条件下,基于信号到达时间差(TDOA)的时间同步算法。根据所有传感器定位节点彼此之间周期性地广播信号,测量信号到达时间(TOA)来估计时间频率的偏移。当信源发送信号,由于传感器钟差造成的初始TDOA误差可以通过一系列补偿计算来减少误差。在一个加性高斯白噪声模型里,通过卡尔曼滤波提高钟差和频差的估计精度。在此基础上改善标签节点的定位精度。     

可见光重构指纹室内定位算法研究

提出一种可见光重构指纹室内定位算法(RFP),通过融合到达时间差(TDOA)算法和指纹算法可快速完成室内高精度定位。该算法首先利用TDOA算法多次估计得到的解集定义一个区域,然后在该区域中构建三维精细指纹库,再利用匹配算法定位未知节点。仿真结果表明,该算法的平均定位误差约为0.1719m,与传统的TDOA算法相比,提高了定位精度,与传统精细指纹算法相比,节省了定位时间。     

基于约束总体最小二乘方法的联合TDOA/GROA信号源定位算法

为了提高无源定位的准确度,提出一种基于约束总体最小二乘(CTLS)的联合到达时间差(TDOA)和到达增益比(GROA)的定位算法。首先联合TDOA/GROA测量值建立伪线性方程,考虑到伪线性方程中系数噪声的相关性,采用CTLS方法对其进行建模,用拉格朗日乘子法和牛顿迭代法联合求解。仿真结果表明,噪声比较小时,该方法逼近克拉美-罗(CRLB)下限。在噪声比较大时,相比两步加权最小二乘方法具有更好的定位准确度。随着参数c/w的增大,该算法的定位均方误差也要小于两步加权最小二乘方法。     

一种基于改进AMDF的时延估计方法

两路传感器接收信号的时延估计是时间到达差(TDOA)定位中需要解决的首要问题。多途效应是影响时延估计性能的重要因素。提出一种基于改进平均幅度差函数（AMDF）的时延估计方法,通过对信号进行多帧延拓与叠加,提高对多途效应的抑制能力。同时,结合广义互相关方法降低算法的噪声敏感性。仿真结果表明,该算法时延估计结果与传统方法相比具有更小的误差和更高的稳定性。     

基于DOA-TDOA-FDOA的单站无源相干定位代数解

针对利用单站接收多个外辐射源信号实现目标定位的问题,该文提出一种基于两步加权最小二乘的到达角度(DOA)、时差(TDOA)和频差(FDOA)联合定位代数解算法。首先,在第1步加权最小二乘估计中,通过引入辅助参数,将非线性的角度、时差和频差方程转化为伪线性形式,并利用加权最小二乘得到目标位置和速度的粗估计;而后在第2步加权最小二乘估计中利用辅助参数和目标位置参数之间的约束关系来构造另外一组线性方程,并再次利用加权最小二乘得到目标位置和速度的精确估计。推导了联合角度、时差和频差定位的克拉美罗界。理论分析和仿真结果表明,算法在观测误差较小时的定位误差可以达到克拉美罗界。     

基于WLAN移动终端的无线定位技术

介绍了WLAN的技术特点和基于WLAN移动终端的无线定位技术的原理,提出在WLAN中使用TDOA定位的Chan算法对移动终端进行位置估计,再使用残差加权方法进行非视距(NLOS)误差抑制,提出了新的定位残差定义方式,通过仿真证明了按该方式进行残差加权,在多个NLOS误差时具有较好的整体抑制效果,并提供采用"平均定位精度提高百分率"(ALAEP)来评定残差加权方法抑制NLOS误差的平均性能.     

基于改进粒子群算法的室内可见光定位研究

为了提高现行室内可见光定位系统的定位精度，提出考虑噪声干扰的动态惯性权重及认知因素的改进型粒子群算法。首先，将决定定位精度的欧式距离转换为目标函数最小值优化问题；其次，利用惯性权重动态赋值，增强粒子群算法初期的全局搜索能力和后期的局部搜索能力；然后，利用正弦函数使得个体认知因素值非线性地减小，利用余弦函数使得群体认知因素值线性地增加，以进一步提升定位精度；最后，通过仿真与实验测试对所提定位算法进行验证。仿真测试结果表明，在5 m×5 m×3 m和5 m×4 m×3 m两种定位模型中，在0,0.5,1.0和1.5 m四个高度平面的空间定位平均误差分别为0.65和0.54 cm;实验结果显示，在搭建的1 m×1 m×0.8 m和1 m×0.8 m×0.8 m室内空间中的平均定位误差分别为2.67和1.81 cm。     

声表面波室内定位系统与算法研究

鉴于声表面波技术的无源优势,搭建了由声表面波标签和阅读器构成的室内定位系统,在测量标签回波信号强度时,可有效减小多径效应的影响。设计了以三边定位为基础的定位算法,包括测距、选星、位置估计3个阶段,分析了3个定位圆之间位置关系可能出现的全部情况,并有针对性地进行自适应修正。仿真测试结果验证了定位算法的定位误差小于根心法和加权质心法。系统测试结果表明,定位系统可实现2 m×2 m的定位,平均定位误差为31.84 cm。室内定位系统和算法以较少的锚节点实现了较小的室内定位误差。     

改进指纹强度下的WiFi室内定位算法

目前的室内定位算法利用信号传播模型求出信号强度后直接进行求解定位,使得定位误差较大.为提高定位精度,提出利用信号能量的欧氏距离方法进行加权,然后对改进后的信号强度进行阈值滤波加均值滤波双重处理.定位阶段,在K最近邻算法基础上利用距离的倒数作为加权函数的算法进行定位.经仿真结果表明,改进后的算法相比于一些典型的定位算法,定位精度有较大提高.     

基于RSS的室内可见光差分修正定位算法

可见光通信技术是利用白光LED同时实现照明和通信的新型通信技术,为室内定位技术提供了新的可能.针对可见光通信中接收信号强度RSS随机波动较大的问题,提出一种基于RSS的改进的差分修正定位算法,通过将各个参考节点分别作为差分修正参考节点进行定位修正,规避了设定参考节点权重过大的问题.该定位算法有效地提高了室内定位精度,无需增加额外硬件设备,计算量小,容易实现.仿真结果表明,该定位算法在5m×5m×3m的空间区域中能够实现约15 cm的平均定位误差性能.     

基于RSSI多边定位误差的加权质心定位算法

为了优化无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)中的定位算法, 提高节点定位精度, 提出一种基于多边定位误差的加权质心算法。分析了无线电的路径损耗模型, 建立基于信号接收强度(Received Signal Strength Indicator, RSSI)和距离关系的对数拟合测距公式, 给出了求解未知节点坐标的多边定位法和位置估算模型。多组数据定位后, 以定位误差值的倒数作为权值, 改进传统的质心算法, 并讨论了参考点个数的选取与误差的关系。实验表明: 改进后的加权质心比传统质心定位精度进一步提高, 选择4~5个参考节点具有良好的定位效果。     

基于多LED的高精度室内可见光定位方法

针对可见光室内定位问题,该文基于接收信号强度(RSS)定位技术,提出一种利用多个LED发射端实现室内定位的方法,即MLED-RSS定位算法。该方法在充分考虑LED拓扑结构对定位性能影响的基础上,利用部署在室内的多个LED,合理选择其中3个LED作为发射节点,采用改进的三边定位法获得定位目标位置信息。定位算法可以有效地解决可见光定位存在的遮挡效应。仿真实验表明,MLED-RSS算法可以实现高定位精度。     

一种线性校正到达时间差定位算法

针对到达时间差(TDOA)定位中出现的非线性估计问题,该文提出一种线性校正TDOA定位算法。首先将高度非线性的TDOA定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,利用加权最小二乘(WLS)估计进行初始求解;然后在此基础上通过一阶泰勒级数展开把伪线性方程组转化为关于估计偏差的线性加权最小二乘问题并进行求解,分析了所提算法在测量误差较小时的有效性。最后提出了一种基于加权最小二乘估计的恒加速度运动辐射源的定位方法,相应的估计性能在测量误差较小时也接近克拉美罗界(CRLB)。计算机仿真结果验证了该算法的有效性。