基于精度因子与距离残差的加权最小二乘算法在DTMB辅助北斗定位中的应用

北斗三号系统已完成建设,该系统可以在空旷的室外提供较为准确的定位信息。但是在城市峡谷区域,北斗信号会受到遮挡。当能够提供有效定位信息的北斗卫星数目逐渐减少时,利用北斗卫星进行定位得到的定位结果偏差会逐渐增大。本文针对以上问题,在采用地面数字多媒体广播信号辅助北斗定位的基础上,利用基于精度因子与距离残差的加权最小二乘算法进行定位,相比于利用最小二乘算法进行定位,定位精度提高了40%~50%。本文提出的算法对于解决定位基站数目不足时增加其他不同类型基站来进行辅助定位的问题具有借鉴作用。

基于约束总体最小二乘法的超宽带掘进机定位算法研究

为推进煤矿巷道内掘进机自主定位和定向综掘无人化作业,针对定位时传感器之间由于系统同步时钟偏差引起的定位误差问题,以及由于最小二乘法本身的降正则化特性引起系数矩阵严重病态,表现为系数矩阵中的微小误差会导致定位结果产生巨大偏移的问题。提出了一种基于超宽带的到达时间差(TDOA)约束总体最小二乘法(CTLS)的定位算法:将TDOA非线性观测方程组做线性化处理,结合系统误差在观测方程组的分布特性,采用CTLS算法得到经优化后的目标函数,通过牛顿迭代法得到目标位置估计。实验结果表明,在TDOA测量误差较小的条件下,目标位置估计精度能够接近克拉美罗下限(CRLB)。

一类基于最小二乘法的声发射源组合定位算法

介绍了声发射源时差定位方法的基本原理及其常用的声发射源定位方法.针对声发射源三维定位常规算法中初始值的选取影响算法收敛速度和定位精度的问题,充分利用最小二乘算法的估计特性,改进定位算法,提出一类基于最小二乘法的Geiger优化迭代组合定位算法.数值仿真算例表明:该方法能有效解决迭代法的初始值问题,保证算法的收敛并且提高迭代算法的收敛速度.

基于最小二乘递推估计的 GPS 定位算法

首先从理论上证明了几何精度因子随卫星数目的增加而减小．然后提出了基于现有软件的几何精度因子和定位解的递推算法．该算法从剩余的可见卫星中选取使ＧＤＯＰ５达到最小的第五颗星，利用这颗卫星提供的定位信息对四星定位解进行修正．最后给出了第五颗星的选择方法，算法的目的是以最小的计算量换取定位精度的有效提高．

基于总体最小二乘算法的多站无源定位

将总体最小二乘算法应用于多站无源定位中,分别提出了基于角度估计的总体最小二乘算法,基于时差估计的总体最小二乘算法以及基于角度和时差估计的总体最小二乘算法。算法首先把非线性的观测方程转化为伪线性的观测方程,然后构造增广矩阵,并对该矩阵进行奇异值分解即可估计出目标位置,因此无需迭代计算或者获得目标位置的粗略估计,仿真结果表明该算法具有较高的定位精度。

三维纯角度被动跟踪定位的最小二乘-卡尔曼滤波算法

利用角度信息估计出目标的距离和速度实质上是一个非线性状态估计问题 ,经典的扩展卡尔曼滤波算法性能很不稳定。文中首先根据静态估计理论推导出了在某一时刻目标位置的最小二乘解 ,然后将其作为卡尔曼滤波的测量值进行滤波 ,作进一步的数据处理 ,以提高估计精度。为了避免测量误差的相关性 ,分别在x ,y ,z方向上进行滤波 ,简化了算法 ,提高系统的定位精度。仿真结果表明这一算法是简单而有效的。

基于加权最小二乘优化的DV-HOP定位算法

确定事件发生的传感器节点位置是大多数无线传感网络应用场景中不可缺失的一部分。目前,在资源受限的无线传感网络中设计高精度定位算法仍是一个极具挑战性问题。为此,深入分析了DV-HOP算法中误差产生的原因,提出一种改进的DV-HOP算法。该算法为了降低计算所带来的固有误差,估算坐标时采用不直接对估算方程进行平方的方法;此外,为了进一步降低误差,采用了加权最小二乘法进行坐标估算;最后,采用理论分析的方法对算法进行了误差分析。仿真结果表明改进的算法与传统DV-HOP算法及文献[16-17]中的算法相比定位精度得到明显改善,分别提高了40%、28%和15%。

最小二乘方法用于多站测向定位的算法

文中讨论了测向定位中的若干问题 ,包括双站交会定位及其定位误差分析、三站交会定位、多站交会定位 ,最后首次尝试将最小二乘方法和递推最小二乘方法用于多站测向定位的算法 ,对于提高测向定位的精度和简化运算量有很大的作用 ,有相当的实用性。

基于加权最小二乘估计的双基地声呐定位算法研究

依据T/R-R型双基地声呐的工作特点,提出了基于加权最小二乘(WLS)估计的双基地声呐定位算法,通过数值仿真,研究了不同基线长度下该算法的定位精度,给出了WLS算法定位精度的几何分布。结果表明,运用该算法对水下目标进行定位,比单纯基于波达时间(TOL)的定位方法,双基地系统可以获得更高的定位精度。

双基地加权最小二乘估计算法定位精度研究

本文通过将双基地声呐中发射和接收站的测量数据进行融合处理 ,提出了基于加权最小二乘估计 (WLS)的双基地声呐定位优化算法 ,给出了算法的原理和误差分布。通过数值仿真 ,研究了系统参数对算法定位精度的影响 ,给出了不同条件下定位误差的几何分布。并将该算法与单纯基于声波到达时间算法的定位性能进行了比较。仿真结果表明 ,双基地WLS算法充分利用了双基地系统的冗余信息 ,具有较高的定位精度。该研究为多基地声呐水下目标的探测。

最小二乘RAIM与定位组合算法研究

本文主要针对RAIM算法及其在导航领域如何应用于导航接收机定位解算进行研究,通过RAIM算法在导航接收机中的应用,详细分析RAIM算法的特点及RAIM算法对导航定位产生的作用,提出一种将最小二乘RAIM算法与最小二乘定位解算相配合的方法,为提高导航精度、进一步开发导航接收机提供帮助。通过实验验证,该方法与以往复杂的RAIM算法相比,具有简单灵活的特性,能够很好的检测到是否存在故障导航星并准确判断出故障星号,继而在定位解算过程中排除,大幅度提高定位精度。

基于加权最小二乘的多基地声呐定位算法研究

研究水下监视目标跟踪声呐定位精度问题,改善双基地声呐在某些区域(如基线区、发射和接收站的侧边区)定位性能,为了提高系统定位精度,最有效的方法就是增加发射和接收站的数量,形成多基地声呐。根据多基地声呐的几何关系,提出了加权最小二乘估计的多基地声呐定位优化算法,结合定位误差的表达式,对定位性能进行了仿真。仿真结果表明,基于加权最小二乘估计的多基地声呐定位优化算法,能够充分利用各基站的测量信息,有效提高声呐系统的定位精度。与基于距离信息的多基地声呐定位算法相比,算法不仅具有较高的定位精度,而且可以有效解地解决边区定位误差较大的问题。

混合信道下基于到达时间的快速直接定位算法

为了实现复杂环境下视距(Line-of-Sigh,LOS)与非视距(Non-Line-of-Sigh,NLOS)同时存在的混合信道中的目标辐射源直接定位(Direct Position Determination,DPD),提出基于到达时间(Time-of-Arrival,TOA)的快速直接定位算法。该算法充分挖掘不同信道信号中的信息参数,采用最小二乘法原理构建代价函数,无需估计定位参数,避免了传统两步定位法所需的NLOS识别与数据关联。引入粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法精确估计目标辐射源的位置信息,以降低计算复杂度。将所提定位算法与基于TOA的两步定位法在定位精度方面进行对比,仿真结果表明,所提算法定位精度高于两步定位法,且可以逼近克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB),能够快速定位混合信道中的目标辐射源。

基于动态T检验的修正最小二乘BFGS定位算法

针对传统基于接收信号强度指示RSSI(Received Sgnal Strength Indicator)的最小二乘定位算法精度有限的问题，从降低信号噪声影响出发，提出一种基于动态T检验的修正最小二乘-BFGS定位算法。在测距阶段，将T检验法动态应用于RSSI值筛选，以消除较大测量误差影响，提高测距精度;定位阶段，先基于平均测算距离对传统的最小二乘法进行修正，提升初步定位精度0.3~2米;在此基础上，以信号强度误差最小为目标优化函数，基于BFGS算法对修正最小二乘法计算的初值进行迭代求精，以进一步提高定位精度。仿真实验表明，该算法有效提升了定位精度，在100mxlOOm范围内可比传统最小二乘定位误差降低4~11米。

融合迭代平均滤波的RSSI室内定位算法

针对室内定位中,受无线通信距离和环境的影响,紫蜂(ZigBee)观测信号的随机噪声较为显著,导致定位结果的精度和稳定性较弱的问题,提出一种融合迭代平均滤波的RSSI室内定位算法:在数据采集过程中,采用高斯滤波对观测信号进行预处理,并根据接收信号强度指数测距理论建立起路径损耗模型,由此估算出信号接收节点到广播信标节点间的距离;然后,在定位解算过程中,在线性最小二乘算法的基础上融合迭代平均滤波算法,以抑制随机误差对定位结果的影响;最后,采用自研的CC2530 ZigBee模组对算法的可行性和稳定性进行实验验证。结果表明,等权最小二乘算法的点位精度约为0.64m,距离定权后,最小二乘算法的精度提升到0.52m;用等权最小二乘算法融合迭代平均滤波,精度也能达到0.5 m左右,与距离定权最小二乘的精度相当;同时,融合距离定权和迭代平均滤波2种方法的点位精度可以提高到0.35 m左右。

基于C-LAMBDA算法的GNSS相对定位增强方法

针对相对定位场景下载体天线间先验基线信息利用不充分问题,提出基于约束的最小二乘模糊度降相关平差算法(C-LAMBDA)的全球卫星导航系统(GNSS)相对定位增强方法:对于双天线载体,采用C-LAMBDA算法进行基线长度约束的定向解算,将求解得到的模糊度向量和基线矢量作为先验信息融入相对定位观测方程,从而将基线长度先验信息辅助提升解算效果的先天优势从测姿领域扩展到相对定位领域,由此给出基于C-LAMBDA算法的GNSS相对定位增强模型;通过推导相对定位增强模型糊度精度因子(ADOP)与传统单天线载体相对定位模型ADOP的数学关系,从理论上揭示了增强模型对于模糊度浮点解精度的提升作用。仿真与实测试验结果表明,与传统单天线载体相对定位相比,该方法在不同可视卫星数观测条件下均能够提高模糊度浮点解的精度,有效提升模糊度解算成功率,从而增强相对定位的可靠性。

基于非线性最小二乘的双基地声纳定位优化算法

双基地声纳定位是一种重要的定位方法,采用优化算法来提高定位精度是其重要的研究内容。本文采用了将双基地声纳定位方程转化为非线性最小二乘(NLS)问题的技术方法,并后置最优化方法LMF算法,研究了基于多基地接收源的目标定位性能和定位精度的几何稀释(GDOP),给出了定位误差分布。通过数值仿真,研究了不同基线长度时双基地声纳的定位精度,并将NLS拟和算法的多接收源定位性能与纯时间估计定位性能进行了比较。研究表明,本文的基于多基地接收源的目标定位方法相对于纯时间估计定位方法提高了定位精度,特别是在相对短的基线(7.4 km基线长度)情况下,可提高30%的精度。该研究为最优化方法在水声定位中的应用提供了依据。

基于角度信息的递推最小二乘无源定位算法

针对机载单站无源定位的定位精度和实时性等问题,提出了一种基于角度信息的递推最小二乘(RLS)无源定位算法;首先建立了机载单站三维无源定位模型,求出最小二乘(LS)解;然后依据机载单站无源定位的实时性要求将最小二乘估计转化为递推最小二乘估计的形式;最后通过不同的仿真实验研究了影响定位精度和收敛速度的因素;仿真结果表明:RLS算法与LS算法在定位精度和收敛速度方面性能相似,但RLS算法运算复杂度低,所需存储空间小,能够实时的对目标进行定位,满足机载单站无源定位的需求。

基于最小二乘法的室内三维定位算法研究

现如今,室内位置服务成为国内外科研人员共同关注的焦点,人们对于位置服务的需求逐渐由最初的室外定位转变为室内定位,同时诸多的室内定位技术得以快速发展。通过以超宽带(UWB)的通信方式为依托,借助到达时间差值(TDOA)的定位模型,着重分析了最小二乘法在求解三维定位坐标时精度误差产生的主要原因。针对传统的最小二乘定位算法在求解三维定位坐标时,由于基站几何布局所引起的定位精度问题,提出基于最小二乘法的三维定位优化算法。通过对实验结果进行分析,比较定位算法在优化前后的两种场景下定位的不同表现效果,发现优化后的最小二乘定位算法的三维定位精度得以明显提高且定位效果稳定,同时也降低了三维定位精度对于基站几何布局的依赖性。

基于凸包算法和抗差最小二乘法的激光扫描仪圆形标靶中心定位

针对激光扫描仪圆形平面标靶点云数据缺失或冗余时不易准确获取标靶中心的问题,提出一种稳健的中心定位算法。首先根据回光强度提取标靶点云数据;然后剔除标靶点云数据粗差点,拟合标靶的最佳平面;接着利用凸包算法提取标靶边缘点;最后利用抗差最小二乘求解标靶的中心坐标。实验表明,该算法定位精度能达到亚毫米级,可以有效解决标靶数据缺失或者冗余时标靶定位精度低的问题,提高标靶的中心定位的稳健性。