无线定位技术在室内移动平台上的应用研究
发布时间：2021-05-31 14:04
位置服务自古以来就是人类文明前进的重要基石,从航海航天,到现在的以无人车、无人机为代表的各类移动机器人,这些平台获取感知自身位置是完成各种空间相关任务的前提。在室外定位领域,以全球定位系统为代表的无线定位技术独占鳌头,同时它也在室内定位领域掀起了无缝连接室内外位置服务的研究热潮。随着人工智能和物联网技术的发展,室内环境中的各种移动平台正迫切的需要对自身位置进行高精度的定位和跟踪。在室内环境中,具有良好的硬件条件的移动平台能获取和位置相关的更多信息,实现同时定位和建图,而低智能化的移动平台也需要通过某种方式实现定位跟踪,此时利用无线信号在室内进行定位的技术,以其独特的优势值得作为一种室内通用定位系统被应用到各类移动平台上。本文首先深入研究了无线信号在三维空间里的传播模型,对携带静态基站的目标位置进行了定位研究。再根据移动平台特性,将配备RFID无源标签的运动物体作为跟踪目标,分析了无线信号在移动目标上的可定位性。通过构造RFID里程计对常见同时定位与建图算法进行校准,验证了无线信号在室内移动平台上应用的通用性。主要研究内容如下:（1）提出了利用光线跟踪原理对电磁波在室内三维环境中传播路径...
【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】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２基于Ｗｉ－Ｆｉ信号的定位场景??基于Ｗｉ－Ｆｉ信号的定位场景如图１．２所示，在现有的硬件设施的基础架构之??上，作为普适性室内定位技术来说，随着智能手机用户的不断扩大，Ｗｉ－Ｆｉ具有??－，
?第１章绪?论???法大都是把定位的任务分化成每个移动用户收集数据，通过构造移动众包使得??每个接收位置服务的人，同时也成为动态勘测的数据来源以形成实时高精度的??有效定位方案。??２．基于ＵＷＢ技术的定位系统??—＿／?Ｊ?擔４＝＝＃；５＿定＾＾?‘??图１．３基于ＵＷＢ信号的定位场景??ＵＷＢ定位技术常用于人员定位和管理的定位场景如图１．３所示。ＵＷＢ是指??射频带宽与中心频率之比很高的无线电技术，它具有超强穿透力，高时间分辨率??和高安全性，同时可以实现厘米级精度，因为不使用载波使得系统复杂度低，使??用间歇性脉冲来发射信号，其功率谱密度低对信道衰落不敏感在时间上可以直接??分离多径信号，这一系列的特性使它成为室内测距和定位的研究热点［Ｍ］。１９７３??年美国Ｓｐｅｒｒｙ?Ｒａｎｄ公司获得美国专利将ＵＷＢ从概念研究推进到实际应用的开??始阶段，２００２年３．１ＧＨｚ到１０．６Ｇｈｚ之间的频段分配给了?ＵＷＢ使用［２１］。美国??Ｔｉｍｅ?Ｄｏｍａｉｎ生产的ＵＷＢ穿透雷达可以透过多层普通墙体探测１０米的范围，中??国ＬｏｃａｌＳｅｎｓｅ依托ＵＷＢ技术己经在智能制造、人员监管领域推出一系列产品，??在一维定位的应用场景下实现厘米级定位，ＡＥＴＨＥＲ开发的Ｌｏｃｌｉｚａｔｉｏｎ系统可??以在高噪声条件下使用，定位范围达３０米，Ｍｕｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ开发的Ｓａｐｐｊｉｒｅ??系统作为实时定位系统，位置更新速率达到２００次每秒。??因为ＵＷＢ技术具有极强的时间分辨率，许多工作为了避免飞行时间受到影??响提出了不同的方案，主要分为两类：统计方法和几何方法［２２］。对于在建模过程??中抑制错
?第１章绪?论???冋环检测??——ｒ￣ｉ??传感器雛ｎ＞视Ｊ▲十［ｎ＞婦ｎ线！优化［ｖ賴??（ａ）??（ｂ）?（ｃ）??＼＼?／／?、、?／??Ｖ?Ｖ??（ｄ）??图１．５?（ａ）视距ＳＬＡＭ经典框架（ｂ）Ｔａｎｇｏ（ｃ＞Ｊｅｔｓｏｎ?ＴＸｌ（ｄ）单目ＳＬＡＭ多无人机系统??无ＧＰＳ的导航系统。图１．５（ｄ）所示Ｊｕａｎ－Ｃａｒｌｏｓ等人通过共享地标的方式实现基??于合作单目ＳＬＡＭ方法的多无人机系统［５５］。以视觉为中心的ＳＬＡＭ系统正逐步??迈向市场应用，未来将视觉与惯性导航元件通过松紧耦合［５６］的方式互补，逐渐??成为为小型化和低端硬件水平上实现的重要方向，同时把深度学习技术与视觉??ＳＬＡＭ相结合实现语义ＳＬＡＭ［５７＼完善ＳＬＡＭ框架的同时也将开辟新的应用前??景。??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于萤火虫算法优化的Gmapping研究[J]. 郑兵,陈世利,刘蓉. 计算机工程. 2018(09)
[2]基于蚁群算法的室内可见光高精度三维定位系统[J]. 吴兴邦,文尚胜,华珺. 光子学报. 2017(12)
[3]基于PDR、WiFi指纹识别、磁场匹配组合的室内行人导航定位[J]. 张鹏,赵齐乐,李由,牛小骥,刘经南. 测绘地理信息. 2016(03)
[4]基于萤火虫算法改进移动机器人定位方法研究[J]. 朱奇光,肖亚昆,陈卫东,倪春香,陈颖. 仪器仪表学报. 2016(02)
[5]基于移动长基线的水下航行器定位和跟踪技术研究[J]. 卢军,肖昌美,宋保维. 兵工学报. 2015(S2)
[6]基于高斯混合模型的非视距定位算法[J]. 崔玮,吴成东,张云洲,贾子熙,程龙. 通信学报. 2014(01)
[7]基于单基站天线阵列的超宽带定位AOA估计方法[J]. 张浩,刘兴,Gulliver T A,崔学荣. 电子与信息学报. 2013(08)
[8]超宽带定位研究与应用:回顾和展望[J]. 肖竹,王勇超,田斌,于全,易克初. 电子学报. 2011(01)
[9]农业机械导航中的GPS定位误差分析与建模[J]. 周俊,张鹏,宋百华. 农业机械学报. 2010(04)
[10]基于坐标平移不变性的TOA定位算法[J]. 杨天池,金梁. 电子学报. 2008(09)
博士论文
[1]基于群智感知的无线室内定位[D]. 吴陈沭.清华大学 2015
[2]室内环境下无线定位关键技术研究[D]. 刘德亮.天津大学 2015
硕士论文
[1]基于激光雷达的栅格-拓扑地图构建算法研究与实现[D]. 许文杰.电子科技大学 2019
[2]基于无线传感器网络非视距误差消弱算法研究[D]. 崔玮.东北大学 2013
本文编号：3208403
【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】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２基于Ｗｉ－Ｆｉ信号的定位场景??基于Ｗｉ－Ｆｉ信号的定位场景如图１．２所示，在现有的硬件设施的基础架构之??上，作为普适性室内定位技术来说，随着智能手机用户的不断扩大，Ｗｉ－Ｆｉ具有??－，
?第１章绪?论???法大都是把定位的任务分化成每个移动用户收集数据，通过构造移动众包使得??每个接收位置服务的人，同时也成为动态勘测的数据来源以形成实时高精度的??有效定位方案。??２．基于ＵＷＢ技术的定位系统??—＿／?Ｊ?擔４＝＝＃；５＿定＾＾?‘??图１．３基于ＵＷＢ信号的定位场景??ＵＷＢ定位技术常用于人员定位和管理的定位场景如图１．３所示。ＵＷＢ是指??射频带宽与中心频率之比很高的无线电技术，它具有超强穿透力，高时间分辨率??和高安全性，同时可以实现厘米级精度，因为不使用载波使得系统复杂度低，使??用间歇性脉冲来发射信号，其功率谱密度低对信道衰落不敏感在时间上可以直接??分离多径信号，这一系列的特性使它成为室内测距和定位的研究热点［Ｍ］。１９７３??年美国Ｓｐｅｒｒｙ?Ｒａｎｄ公司获得美国专利将ＵＷＢ从概念研究推进到实际应用的开??始阶段，２００２年３．１ＧＨｚ到１０．６Ｇｈｚ之间的频段分配给了?ＵＷＢ使用［２１］。美国??Ｔｉｍｅ?Ｄｏｍａｉｎ生产的ＵＷＢ穿透雷达可以透过多层普通墙体探测１０米的范围，中??国ＬｏｃａｌＳｅｎｓｅ依托ＵＷＢ技术己经在智能制造、人员监管领域推出一系列产品，??在一维定位的应用场景下实现厘米级定位，ＡＥＴＨＥＲ开发的Ｌｏｃｌｉｚａｔｉｏｎ系统可??以在高噪声条件下使用，定位范围达３０米，Ｍｕｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ开发的Ｓａｐｐｊｉｒｅ??系统作为实时定位系统，位置更新速率达到２００次每秒。??因为ＵＷＢ技术具有极强的时间分辨率，许多工作为了避免飞行时间受到影??响提出了不同的方案，主要分为两类：统计方法和几何方法［２２］。对于在建模过程??中抑制错
?第１章绪?论???冋环检测??——ｒ￣ｉ??传感器雛ｎ＞视Ｊ▲十［ｎ＞婦ｎ线！优化［ｖ賴??（ａ）??（ｂ）?（ｃ）??＼＼?／／?、、?／??Ｖ?Ｖ??（ｄ）??图１．５?（ａ）视距ＳＬＡＭ经典框架（ｂ）Ｔａｎｇｏ（ｃ＞Ｊｅｔｓｏｎ?ＴＸｌ（ｄ）单目ＳＬＡＭ多无人机系统??无ＧＰＳ的导航系统。图１．５（ｄ）所示Ｊｕａｎ－Ｃａｒｌｏｓ等人通过共享地标的方式实现基??于合作单目ＳＬＡＭ方法的多无人机系统［５５］。以视觉为中心的ＳＬＡＭ系统正逐步??迈向市场应用，未来将视觉与惯性导航元件通过松紧耦合［５６］的方式互补，逐渐??成为为小型化和低端硬件水平上实现的重要方向，同时把深度学习技术与视觉??ＳＬＡＭ相结合实现语义ＳＬＡＭ［５７＼完善ＳＬＡＭ框架的同时也将开辟新的应用前??景。??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于萤火虫算法优化的Gmapping研究[J]. 郑兵,陈世利,刘蓉. 计算机工程. 2018(09)
[2]基于蚁群算法的室内可见光高精度三维定位系统[J]. 吴兴邦,文尚胜,华珺. 光子学报. 2017(12)
[3]基于PDR、WiFi指纹识别、磁场匹配组合的室内行人导航定位[J]. 张鹏,赵齐乐,李由,牛小骥,刘经南. 测绘地理信息. 2016(03)
[4]基于萤火虫算法改进移动机器人定位方法研究[J]. 朱奇光,肖亚昆,陈卫东,倪春香,陈颖. 仪器仪表学报. 2016(02)
[5]基于移动长基线的水下航行器定位和跟踪技术研究[J]. 卢军,肖昌美,宋保维. 兵工学报. 2015(S2)
[6]基于高斯混合模型的非视距定位算法[J]. 崔玮,吴成东,张云洲,贾子熙,程龙. 通信学报. 2014(01)
[7]基于单基站天线阵列的超宽带定位AOA估计方法[J]. 张浩,刘兴,Gulliver T A,崔学荣. 电子与信息学报. 2013(08)
[8]超宽带定位研究与应用:回顾和展望[J]. 肖竹,王勇超,田斌,于全,易克初. 电子学报. 2011(01)
[9]农业机械导航中的GPS定位误差分析与建模[J]. 周俊,张鹏,宋百华. 农业机械学报. 2010(04)
[10]基于坐标平移不变性的TOA定位算法[J]. 杨天池,金梁. 电子学报. 2008(09)
博士论文
[1]基于群智感知的无线室内定位[D]. 吴陈沭.清华大学 2015
[2]室内环境下无线定位关键技术研究[D]. 刘德亮.天津大学 2015
硕士论文
[1]基于激光雷达的栅格-拓扑地图构建算法研究与实现[D]. 许文杰.电子科技大学 2019
[2]基于无线传感器网络非视距误差消弱算法研究[D]. 崔玮.东北大学 2013
本文编号：3208403
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