基于多传感器融合的系统自我定位与地图重建

在图优化框架的基础上,设计多传感器融合方案和有效的优化方法,提出一套具有鲁棒性的定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)方案,能够有效应对室内外复杂环境。进一步发展激光-视觉后端建图融合方法,构建具备全新地图表达形式的点云网格化地图。同时使用低成本传感器,设计实现基于多传感器融合的高性能低成本背包扫描系统,整体完成在未知环境中的自我定位和稠密建图,且在低性能CPU设备上将长时间运动带来的每100 m的轨迹误差平均降低至厘米级。提出的基于多传感器融合方案,在精度、算力消耗上能够匹配现有主流方案,对获取各种环境条件下的系统准确定位结果和丰富的空间信息具有重要意义。

基于多源信息融合的新型电力系统短路故障自动定位研究

传统的短路故障定位方法通常对获取的短路故障特征量处理较单一,导致短路故障自动定位精度低,为此,研究基于多源信息融合的新型电力系统短路故障自动定位。首先,利用多源信息融合获取短路故障特征量,得到更详细的短路故障数据;其次,设置线路监测点,实时监测新型电力系统的运行状态,当监测到短路故障时,需确定短路故障区间;最后,进行短路故障点测距定位,实现新型电力系统短路故障自动定位。结果表明,与红外热像仪法和数字测量仪法相比,基于多源信息融合的新型电力系统短路故障自动定位方法在定位短路故障时,定位精度更高,具有实际的应用价值。

轨道交通线路GNSS信号盲区列车定位模拟系统

全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)能够提供实时、高精度列车定位服务,采用基于GNSS的列车定位技术可减少列车运行控制系统的轨旁设备,简化车载设备,有利于降低轨道交通运营维护成本。对于地形地貌复杂、隧道较多的轨道交通线路,可能存在GNSS信号盲区,GNSS无法为运行列车连续提供可靠的列车定位信息,影响了基于GNSS的列车定位技术的应用。为此,文章采用软件无线电技术,开发了轨道交通线路GNSS信号盲区列车定位模拟系统,能够为线路上GNSS信号盲区生成列车定位模拟信号,使列车在经过GNSS信号盲区时能够获取到准确的列车定位数据,有利于扩大基于GNSS的列车定位技术的应用范围。在实验室内搭建测试环境,运行该系统生成单点静态定位模拟信号和区段动态定位模拟信号,与现场采集的卫星定位信号进行对比,验证该系统的可行性和有效性。

六系统融合静态和动态精密单点定位性能评估

本文基于全球均匀分布的100个测站分析了GPS、GLONASS、Galileo、BDS-2、BDS-3和QZSS六系统融合静态和动态PPP定位性能。结果表明:多系统融合极大地减少了收敛时间,提高了定位精度。单GPS和六系统融合静态PPP水平、高程和三维分量平均收敛时间分别为18.5、18.0、19.0 min和11.5、12.0、12.5 min,1 h定位精度分别为1.9、2.2、2.1 cm和1.2、1.5、1.4 cm。单GPS和六系统融合动态PPP水平、高程和三维分量平均收敛时间分别为34.5、33.5、36.0 min和15.0、15.5、16.5 min,收敛后定位精度分别为1.9、2.6、2.3 cm和0.9、1.6、1.3 cm。

基于GNSS/INS组合精密定位模糊度校正方法在城市车载测绘系统中的应用研究

城市车载测绘系统在城市环境下进行精密定位时面临着多路径效应和信号遮挡等问题,导致定位精度下降。为了解决这一问题提出了基于GNSS和INS组合的精密定位模糊度校正方法。研究结果表明,基于GNSS和INS组合的精密定位模糊度校正方法能够有效地提高城市车载测绘系统的定位精度,减小多路径效应和信号遮挡对定位精度的影响,该方法具有重要的应用价值和广阔的推广前景。

基于多技术融合的室内外无缝定位系统研究

随着现代化产业的蓬勃发展,定位应用越来越普及,室内外融合定位将成为必然发展趋势。但是室内定位与室外定位相对独立,在室内外交界区域的复杂环境下,室内外切换过程中的时延、频繁切换现象尚未得到有效解决,极大影响用户体验。文章提出了一种室内和室外定位技术相融合的方案,将PDR与GNSS、5G、UWB、伪卫星等定位方式相结合,用于实现室内外定位“无缝衔接”,做到用户在室内外移动无感知。解决在室内外中间地带定位技术切换时产生的波动现象以及误判的可能,实现更稳定和可靠的位置服务。

顾及IFB的GNSS多系统短基线定位性能分析

为弥补估计频间偏差(inter-frequency biases, IFB)参数在短基线相对定位中研究的缺陷,基于多天短基线观测数据,采用一次线性函数IFB参数估计方法,分析了IFB参数估计方法在GNSS多系统组合短基线定位中的应用。实验结果表明,估计IFB参数估计能有效提升GNSS多系统短基线定位性定位精度,其中对Galileo/GLONASS组合定位精度提升效果最为明显,对其余组合定位精度提升量在5%~15%之间,可为今后GNSS多系统短基线定位解算参数设置提供一定参考。

基于5G+AI及UWB融合定位技术的一体化智慧点巡检系统开发

本文以某热电厂的一体化智慧点巡检系统的开发项目为例,提出基于5G+AI及UWB融合定位技术的一体化智慧点巡检系统的开发设计方案,在说明该系统总体开发设计思路的基础上,阐述了具体方案设计要点,同时探讨了该系统的应用成效。结果表明,其能够实现巡检过程智能化、标准化以及评测自动化,推动热电厂运行管理工作的升级。

一种基于LiDAR-IMU-GNSS系统同步进行车辆定位和路旁杆状物清查的方法

目前,利用移动激光雷达系统(MLS)收集环境信息并生成路旁杆状物位置清单受设备成本限制,实时性能差。尽管基于激光雷达的同步定位和建图技术(SLAM)在导航领域得到广泛应用,但尚未有关于同步实时定位和创建路旁杆状物清单的研究。为此,文章提出一种利用激光雷达技术实现车辆定位和路旁杆状物绝对位置清单创建的方法,旨在构建一个准确而稳健的车辆定位和路旁杆状物清单创建系统。其首先通过将激光雷达与惯性测量单元(IMU)和全球导航卫星系统(GNSS)融合,实现精确的位姿估计并生成全局地图;其次,构建了一种基于滑动窗口的优化融合定位算法,有效整合了多传感器信息,提高了系统的鲁棒性;然后,提出了一种使用SLAM特征提取算法创建路旁杆状物清单的方法,从而降低了同步进行车辆定位和路旁杆状物清单创建的计算成本;最后,对涵盖城市和郊区等各种道路场景的真实数据集进行广泛评估。实验结果表明,文中所提系统在实时自动创建路旁杆状物绝对位置清单的同时实现了厘米级车辆定位精度,平均定位误差在3 cm以内。

基于5G网络的地铁列车定位系统设计

针对地铁联锁系统失效故障,本文结合5G和GNSS定位技术,设计一套地铁列车定位系统,用作CBTC系统的冗余备份定位系统,供降级模式下采用电话闭塞法进行行车组织的指挥人员实时观测列车位置。测试结果表明,本定位系统显示信息同步于CBTC系统的列车线路运行图,定位精度可达10m以内,为地铁安全运营提供可靠的技术保障。

基于图优化的GNSS/双目视觉/惯性SLAM系统开发及应用

为提高机器人室外长航时定位精度,提出一种基于图优化的全球导航卫星系统(GNSS)/双目视觉/惯性同时定位与建图(SLAM)系统开发及应用。将空间中的线特征作为几何约束的补充,集成至前端的特征提取及后端的位姿优化线程,提升位姿解算精度。同时,以因子图构建联合优化的图结构,并推导出全局观测误差模型。近200 m的BullDog-CX机器人巡检结果表明,所提算法相比于VINSFusion和PL-VINS分别取得约12.6%及3.4%的定位精度提升,为室外机器人长航时导航提供了一种可行方案。

低成本GNSS终端多普勒平滑伪距定位算法

随着低成本全球卫星定位(GNSS)终端硬件性能的不断提升,其在定位领域的应用也更加广泛,然而低成本GNSS终端在数据采集中常受观测环境的影响,使得载波相位观测值的高精度定位较为困难。伪距定位算法因其定位模型简单且实时性好的优势被广泛使用,因此本文利用多普勒平滑伪距方法,充分利用了多普勒观测值的作用,通过多普勒平滑伪距噪声来提升观测值的测量精度,利用多普勒平滑伪距模型对静态与多种动态环境下的平滑效果进行测试和分析。实验结果表明:在静态情况下,采用多普勒平滑伪距算法,伪距单点定位与伪距实时差分定位模型定位中平面精度较平滑之前分别提高了25%与31%;在动态环境下,有遮挡动态实验其精度提升30%以上,空旷情况下定位精度提升15%以上,快速运动过程中其提升能达到20%左右。表明通过多普勒平滑伪距算法可以显著提高低成本GNSS终端的定位精度。

GNSS/5G观测量融合定位算法

针对随着泛在位置服务的需求扩增,卫星导航系统在城市峡谷等环境下的定位效果不连续、定位精度低,无法满足服务需求的问题,提出一种全球卫星导航系统(GNSS)/第五代移动通信技术(5G)观测量融合定位算法:给出基于最小二乘法的GNSS/5G观测量融合定位算法模型;并对比分析GNSS/5G融合定位与GNSS单系统定位效果,通过增加5G到达时间差(TDOA)观测量,配合GNSS观测量参与定位解算,给出定位性能分析结果。实验结果表明,GNSS信号观测数据与5G信号TDOA观测量融合定位相比GNSS单系统定位在水平方向、三维(3D)方向定位误差优化精度分别约为64.6%、58.21%,可有效提升定位性能,为可扩展定位需求的可行性相关研究提供参考。

基于轨道不平顺匹配的多源融合列车定位方法

列车定位是保障铁路安全高效运营的基础,面向先进列车运行控制系统高精度、连续、可靠的位置服务需求,研究高精度、高可靠、低成本的匹配定位源提升列车定位系统的稳健性和准确度具有重要的现实意义。本文提出一种无布设轨道特征信号-轨道不平顺,利用惯性导航系统感知和测量轨道不平顺信号实现匹配定位,结合列车运动约束,实现了无布设情况下的全自主、全天候、全地域的连续可靠的组合定位。为了验证该方案的可行性,本文在真实铁路线路上进行了列车车载试验。试验结果表明:一个典型的战术级IMU可以实现0.6 m(98.46%置信度)的列车定位精度。该方法为多传感器融合的列车定位系统提供了一种新的定位信号源,可以用于提高车载列车定位系统的准确性和稳健性。

5G/GNSS融合系统定位精度仿真分析

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)在室内或室内外交界处等多径干扰的复杂环境下伪距测量精度不高,定位精度不佳,甚至无法定位.第5代通信系统(5G)是我国目前大力发展的移动通信系统,其特征在于基站密度高,室内外覆盖性强,通信带宽大,因此具备精确测量基站与用户终端相对距离的潜力.融合5G与GNSS信号进行定位,可有效解决GNSS覆盖性不足、城市峡谷定位精度低等问题.本文通过对不同场景下的多径干扰进行定量分析,使用蒙特卡洛仿真的方法论证了几种典型的多径干扰条件下5G/GNSS融合系统的水平定位性能上下限.仿真结果表明,在室内或室内外交界处等多径干扰严重的环境下,室内布设足够的5G基站并融合5G带内资源后可以使定位精度达到亚米级.

基于平面特征的LIO增强GNSS RTK定位性能研究

针对应用单一传感器的智能导航定位技术在城市复杂环境下难以满足准确、无缝和稳定性能要求的问题,提出一种基于平面特征的雷达惯性里程计(LIO)增强全球卫星导航系统(GNSS)实时动态定位技术(RTK)定位性能的方法:通过滑动窗口构建多帧激光雷达(LiDAR)平面特征的关联;并将RTK与LIO在位置域层面直接融合;最后在开阔环境和城市环境中进行实验。结果表明,RTK/惯性导航系统(INS)/LiDAR组合系统能够在GNSS挑战环境中达到分米级精度;同时,在LiDAR平面特征的约束下,该方法速度和姿态的估计性能也可得到改善。

不同采样周期下BDS GNSS精密单点定位验潮精度分析

利用海上移动平台搭载GNSS接收机采集观测数据,开展全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点定位(precise point positioning,PPP)采样周期对验潮精度影响的研究。以30 s、60 s、90 s和120 s为周期抽取成四个数据集,用Trip软件进行动态处理,获取每个测量历元坐标,比较各采样周期下两台接收机潮位测量结果,以标准差作为精度评价指标。研究结果表明,采样周期越短,PPP验潮精度越高,当采样周期缩短至60 s后,变化不再明显;采样周期从120 s逐级递减至90 s、60 s和30 s,精度分别提升63.0%、60.4%和10.0%。另外,对比了BDS GPS GLONASS三系统组合和GPS GLONASS双系统组合GNSS PPP在验潮精度上的差异,结果显示,在30 s、60 s、90 s、120 s采样周期下,三系统较双系统PPP在验潮精度上分别提升了88.9%、90.4%、78.7%和44.7%。

基于多GNSS融合的远程时频源驯服控制方法研究

针对目前时频源驯服控制存在的传递误差影响因素多、依赖单向授时等问题,研究基于GNSS共视的远程时频信号复现与驯服控制方法,分析卫星时差与仰角对应关系,确定卫星权重值的大小,提出一种基于卫星观测仰角的融合及验证方案,降低了多径效应带来的误差。提出融合驯服控制算法与实施策略,设计一种基于多GNSS系统融合方案,并通过多GNSS系统、多频点数据融合试验,验证了方案可行性,提高了时间频率源驯服性能。

基于GNSS定位技术的移动式照明测量系统的集成与应用

针对传统道路照明检测方法工作量大、影响交通及人员安全等问题,文章开发了一套基于GNSS定位技术的城市道路移动式照明测量系统。该系统能够同时实现检测位置实时定位、远程数据传输、动态照度和亮度检测。通过各项动态测量,验证了该系统的有效性和先进性。

超宽带/GNSS/SINS融合定位模型与方法研究

全球卫星导航系统(GNSS)与捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)的组合可在室外环境或卫星信号短暂失锁的条件下提供连续、可靠的定位服务。但针对室内或弱GNSS信号区域,组合系统的服务受限;超宽带(ultra-wideband,UWB)系统以其可提供厘米级的理论测距精度且布设方便的优势,可为该区域提供有效的测距信息。论文以车载试验平台为依托,分别就UWB/SINS、GNSS/SINS和UWB/GNSS/SINS 3类室内外定位模型及相应的模型参数估计方法展开研究,主要研究成果如下。