基于音频和到达时间差的室内目标高精度定位研究
发布时间：2021-04-29 17:05
随着导航技术的发展与完善,基于位置的服务在人们的出行中显得愈发重要。尽管室内定位在许多领域有着广阔的应用前景,例如在地下停车场为车辆提供定位服务,在大型博物馆里为游客提供导航服务,在商场利用室内定位实现精准营销,在医院以及养老院实现对患者或老年人的健康监护等,但简单易用的室内定位技术尚不成熟。近年来,研究者们以智能终端为基础,提出了基于计算机视觉、红外、蓝牙、Wi-Fi和音频等技术的多种室内定位方案。其中,基于音频的室内定位因具有成本低、精度高、易布设等优点,得到了广泛的关注。本论文致力于实现基于到达时间差（Time Difference of Arrival,TDoA）的高可用、高精度、高鲁棒性的室内音频定位技术。重点探索了基于TDoA的基本定位算法,提出了两种基于二分策略的缩圆（Shrinking Circle,SC）定位算法;针对实际应用中由高度和移动速度带来的定位误差,提出了两个误差消除方案;开展了仿真和实场实验,比较了各种定位算法的表现,并验证了误差消除方案的有效性。本论文的研究成果将有助于室内音频定位系统的应用与推广。本文具体研究工作及成果可概括如下:（1）基于TDoA的定...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 室内定位概述
1.2 音频定位系统
1.3 基于TDoA的定位和导航研究现状
1.3.1 基于TDoA的定位算法
1.3.2 导航滤波算法
1.4 本文研究目标与研究内容
1.5 本文的组织结构
第2章 基于TDoA的定位算法研究
2.1 定位问题描述
2.2 常用定位算法简介
2.2.1 两步加权最小二乘法(2WLS)
2.2.2 约束加权最小二乘法(CWLS)
2.2.3 分离的约束加权最小二乘法(SCWLS)
2.3 缩圆法定位原理
2.3.1 传统缩圆法(CSC)
2.3.2 第一种基于二分策略的缩圆法(SC-1)
2.3.3 第二种基于二分策略的缩圆法(SC-2)
2.4 高度偏差补偿和速度偏差补偿
2.4.1 高度偏差补偿
2.4.2 速度偏差补偿
2.5 本章小结
第3章 导航滤波算法研究
3.1 导航滤波问题简介
3.2 卡尔曼滤波算法
3.2.1 卡尔曼滤波器(KF)
3.2.2 扩展卡尔曼滤波器(EKF)
3.2.3 强跟踪滤波器(STF)
3.2.4 无损卡尔曼滤波器(UKF)
3.3 本章小结
第4章 仿真实验和结果分析
4.1 定位实验与结果分析
4.1.1 实验方案和性能评价指标
4.1.2 SC-1和SC-2性能分析
4.1.3 其他定位算法性能分析
4.1.4 鲁棒性对比与分析
4.2 固定高度补偿及速度偏差补偿
4.2.1 固定高度补偿
4.2.2 速度偏差补偿
4.3 滤波算法对比与分析
4.3.1 滤波算法运动模型
4.3.2 滤波数值仿真
4.4 本章小结
第5章 实场实验与结果分析
5.1 静态定位实验
5.1.1 实验方案
5.1.2 实验结果与分析
5.2 静态遮挡实验
5.2.1 实验方案
5.2.2 实验结果与分析
5.3 动态导航实验
5.3.1 实验方案
5.3.2 滤波参数设置
5.3.3 实验结果与分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文主要工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于智能手机声信号的自标定室内定位系统[J]. 林峰,张磊,李贵楠,王智. 计算机研究与发展. 2017(12)
[2]卫星导航定位卡尔曼滤波时延平滑方法研究[J]. 刘成,郭树人,李芳. 测绘通报. 2017(11)
[3]基于UWB的地下停车场车辆定位系统设计与实现[J]. 曹祥红,张华. 现代电子技术. 2017(09)
[4]自适应CKF强跟踪滤波器及其应用[J]. 丁家琳,肖建,赵涛. 电机与控制学报. 2015(11)
[5]基于改进最小二乘算法的TDOA/AOA定位方法[J]. 闫雷兵,陆音,张业荣. 电波科学学报. 2016(02)
[6]一种改进的强跟踪UKF算法及其在SINS大方位失准角初始对准中的应用[J]. 郭泽,缪玲娟,赵洪松. 航空学报. 2014(01)
[7]Joint TDOA and AOA location algorithm[J]. Congfeng Liu,Jie Yang,Fengshuai Wang. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2013(02)
[8]无人机组合导航系统的自适应算法研究[J]. 牛军锋. 科学技术与工程. 2012(28)
[9]自适应扩展增量Kalman滤波方法[J]. 傅惠民,吴云章,娄泰山. 航空动力学报. 2012(08)
[10]基于自适应强跟踪滤波器的汽车行驶状态软测量[J]. 周聪,肖建. 电机与控制学报. 2012(02)
博士论文
[1]非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D]. 王小旭.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]基于音频的老年人居家监护系统研究[D]. 张贤华.浙江大学 2016
[2]基于BLE的大型商场室内定位导航系统的设计与实现[D]. 王海熔.浙江工业大学 2015
[3]Kalman滤波在视频目标跟踪中的应用研究[D]. 胡鹏.重庆大学 2010
[4]基于卡尔曼滤波的交流异步电机无速度传感器矢量控制系统[D]. 杜磊.南京航空航天大学 2010
本文编号：3167844
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 室内定位概述
1.2 音频定位系统
1.3 基于TDoA的定位和导航研究现状
1.3.1 基于TDoA的定位算法
1.3.2 导航滤波算法
1.4 本文研究目标与研究内容
1.5 本文的组织结构
第2章 基于TDoA的定位算法研究
2.1 定位问题描述
2.2 常用定位算法简介
2.2.1 两步加权最小二乘法(2WLS)
2.2.2 约束加权最小二乘法(CWLS)
2.2.3 分离的约束加权最小二乘法(SCWLS)
2.3 缩圆法定位原理
2.3.1 传统缩圆法(CSC)
2.3.2 第一种基于二分策略的缩圆法(SC-1)
2.3.3 第二种基于二分策略的缩圆法(SC-2)
2.4 高度偏差补偿和速度偏差补偿
2.4.1 高度偏差补偿
2.4.2 速度偏差补偿
2.5 本章小结
第3章 导航滤波算法研究
3.1 导航滤波问题简介
3.2 卡尔曼滤波算法
3.2.1 卡尔曼滤波器(KF)
3.2.2 扩展卡尔曼滤波器(EKF)
3.2.3 强跟踪滤波器(STF)
3.2.4 无损卡尔曼滤波器(UKF)
3.3 本章小结
第4章 仿真实验和结果分析
4.1 定位实验与结果分析
4.1.1 实验方案和性能评价指标
4.1.2 SC-1和SC-2性能分析
4.1.3 其他定位算法性能分析
4.1.4 鲁棒性对比与分析
4.2 固定高度补偿及速度偏差补偿
4.2.1 固定高度补偿
4.2.2 速度偏差补偿
4.3 滤波算法对比与分析
4.3.1 滤波算法运动模型
4.3.2 滤波数值仿真
4.4 本章小结
第5章 实场实验与结果分析
5.1 静态定位实验
5.1.1 实验方案
5.1.2 实验结果与分析
5.2 静态遮挡实验
5.2.1 实验方案
5.2.2 实验结果与分析
5.3 动态导航实验
5.3.1 实验方案
5.3.2 滤波参数设置
5.3.3 实验结果与分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文主要工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于智能手机声信号的自标定室内定位系统[J]. 林峰,张磊,李贵楠,王智. 计算机研究与发展. 2017(12)
[2]卫星导航定位卡尔曼滤波时延平滑方法研究[J]. 刘成,郭树人,李芳. 测绘通报. 2017(11)
[3]基于UWB的地下停车场车辆定位系统设计与实现[J]. 曹祥红,张华. 现代电子技术. 2017(09)
[4]自适应CKF强跟踪滤波器及其应用[J]. 丁家琳,肖建,赵涛. 电机与控制学报. 2015(11)
[5]基于改进最小二乘算法的TDOA/AOA定位方法[J]. 闫雷兵,陆音,张业荣. 电波科学学报. 2016(02)
[6]一种改进的强跟踪UKF算法及其在SINS大方位失准角初始对准中的应用[J]. 郭泽,缪玲娟,赵洪松. 航空学报. 2014(01)
[7]Joint TDOA and AOA location algorithm[J]. Congfeng Liu,Jie Yang,Fengshuai Wang. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2013(02)
[8]无人机组合导航系统的自适应算法研究[J]. 牛军锋. 科学技术与工程. 2012(28)
[9]自适应扩展增量Kalman滤波方法[J]. 傅惠民,吴云章,娄泰山. 航空动力学报. 2012(08)
[10]基于自适应强跟踪滤波器的汽车行驶状态软测量[J]. 周聪,肖建. 电机与控制学报. 2012(02)
博士论文
[1]非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D]. 王小旭.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]基于音频的老年人居家监护系统研究[D]. 张贤华.浙江大学 2016
[2]基于BLE的大型商场室内定位导航系统的设计与实现[D]. 王海熔.浙江工业大学 2015
[3]Kalman滤波在视频目标跟踪中的应用研究[D]. 胡鹏.重庆大学 2010
[4]基于卡尔曼滤波的交流异步电机无速度传感器矢量控制系统[D]. 杜磊.南京航空航天大学 2010
本文编号：3167844
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