基于UWB/PDR的组合室内定位算法

为了提升室内定位系统在复杂环境中的实用性,提出了带非视距检测的超宽带(UWB)/行人航迹推算(PDR)组合定位方法。该方法过滤了UWB测量由于非视距(NLOS)带来的有害数据,采用残差状态量的卡尔曼滤波将UWB和PDR的有效数据进行融合,避免了由于系统非线性带来的近似误差,提升了组合系统的定位精度和鲁棒性。仿真和实验结果表明,组合定位系统能够消除非视距的影响,始终比单个系统定位精度高,其定位误差90%在1 m以内,为基于室内定位的应用提供了可靠的基础数据。

OFDM子载波相位差TOA测距方法的抗多径性能

目前,大量物联网终端都具有Wi-Fi或蜂窝网接入能力。Wi-Fi网络或蜂窝网提供通信功能的同时确定终端在室内的位置的研究得到学术界以及工业界的重视。但是,高精度定位通常需要高精度测距的支持,而受制于严重的多径反射,室内的测距精度有限。而目前广泛部署的Wi-Fi和蜂窝网均使用正交频分复用(OFDM)信号,其用于测距时的抗多径能力却没有得到系统研究。所以,文章首先分析研究了基于相邻子载波相位差的到达时间(TOA)测距方法,然后采用室内环境的IEEE 802.11信道模型,对基于Zadoff-Chu导频序列的相位差方法的性能进行了计算机仿真,验证了该方法具有线性拟合方法所不具有的抗多径能力。然后,我们使用WARP软件无线电平台在两种实际室内环境中进行相邻子载波相位差方法的测距实验。结果表明在带宽为20 MHz及测量范围为2-7米的情况下,该方法的平均TOA估计精度分别达到0.4米和0.49米,显示了较强的抗多径能力,表明该方法在室内定位中具有较大的应用潜力。

NLOS环境下信道估计辅助的精确TOA估计

该文关注非视距(NLOS)环境下正交频分复用系统中基于前导的到达时间(TOA)估计。在NLOS环境下,由于直达径容易受到遮挡,直达径的信号可能非常微弱。因此,TOA的估计性能将显著下降。该文提出了一种信道估计辅助的精确TOA估计方法,主要分为三个步骤。首先通过相关检测得到粗整数TOA估计。其次,利用最大似然准则得到信道冲激响应,基于信道响应得到精整数TOA估计。最后,经过频域的信道均衡和去除多径干扰,为了突破采样间隔的限制,利用线性拟合得到小数TOA估计。与现有的方法相比,仿真结果表明我们的方法实现了更高精度的TOA估计。

基于无线电干涉的室内定位跟踪方法

无线电干涉定位系统(Radio Interferometric Positioning System,RIPS)是一种新型高精度测相定位系统,但RIPS在室内环境受多径效应影响无法进行有效定位。首先揭示了由多径引起的RIPS相位观测误差具有空间多样性特征,服从"类高斯"统计分布,然后提出基于无线电干涉的室内定位跟踪方法 RIT(Radio Interferometric Tracking)。不同于传统RIPS,RIT利多径相位误差的统计分布特性对运动速度进行估计,以此来完成室内目标的有效定位和跟踪。基于USRP N210软件无线电平台构建了原型系统,并在室内环境进行实际系统实验。实验结果表明,随着距离的增长RIT定位误差均值和中值大致稳定在80 cm和70 cm,相比RIPS分别下降了87.8%和60.7%,验证了RIT方法的有效性。

基于期望最大化算法的双音频率估计方法研究

针对采样时间短、双音信号频率间隔小情况下的双音频率估计问题,提出了基于期望最大化(EM)算法的双音频率估计方法。初值对EM算法的结果具有重要影响。基于离散傅里叶变换(DFT)的方法可以快速得到双音信号的频率初值,但是这种方法会使估计值存在偏移。针对双音频率间隔小的情况采用MUSIC算法作为初值获取方法,并且针对采样时间短的情况采用修正的前向-后向线性预测方法估计协方差以提高初值估计的精确性。仿真结果表明,与初值采用DFT的EM算法、MUSIC算法相比,当双音频率间隔较小时所提出的算法同样具有较好的估计性能。