室内Wi-Fi/PDR自适应鲁棒卡尔曼滤波融合定位方法

针对室内复杂环境下信道状态信息的动态性问题,本文提出了一种面向室内Wi-Fi/行人航迹推算（Pedestrian Dead Reckoning,PDR）融合定位的自适应鲁棒卡尔曼滤波方法.该方法利用自适应鲁棒卡尔曼滤波将Wi-Fi传播模型与PDR定位信息进行多重融合,推算用户的最优估计位置.同时,基于滤波反馈机制,通过融合定位结果对加权最小二乘法中的路径损耗指数和滤波模型中的观测协方差进行动态修正,保证Wi-Fi传播模型接近于真实室内环境.实验结果表明,该方法能够有效解决室内复杂环境下单一Wi-Fi定位精度低和PDR累积误差的问题,此外,路径损耗指数和观测协方差的实时修正可以提高融合定位系统的定位精度和稳定性.     

基于自适应UKF的UWB/PDR行人定位系统

UWB(Ultra-Wide Band)无线通讯技术在室内导航定位领域获得了广泛的应用，然而基于UWB的行人定位系统在复杂室内环境下的稳定性不佳，导致定位误差增大。为了解决这一问题，文中提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)的UWB/PDR(Pedestrian Dead Reckoning)行人定位系统。该系统利用无迹卡尔曼滤波算法将PDR模型与UWB的定位信息进行融合，以得到最优位置估计，随后利用UWB定位与PDR系统所获得的步长差概率密度函数来计算定位点的非视距评估概率，并将评估结果作用于系统的自适应噪声调整，以此提高系统对环境的适应性。实验验证结果表明，该系统可有效降低复杂环境下定位误差，提高行人定位结果的精度和稳定性，平均定位精度达到10 cm以内。     

鲁棒四元数平方根容积卡尔曼滤波算法

针对姿态估计领域中,当系统观测噪声不完全服从于高斯分布或观测量中含有野值时,传统的四元数卡尔曼滤波算法会降阶,使滤波估计性能降低等问题,提出了一种鲁棒化的四元数平方根容积卡尔曼滤波算法。通过研究引入M估计的Huber鲁棒化滤波框架,对四元数平方根容积卡尔曼滤波算法的量测更新进行修正,增强滤波估计的鲁棒性。以SINS/GPS位置松组合为应用研究背景,在不同仿真环境下,对比验证所提出算法对于姿态、速度和位置估计效果,试验结果表明,所提出算法具有更好滤波鲁棒性和稳定性。     

基于FPGA的UWB隧道内人员定位系统设计与实现

针对现阶段国内隧道施工中采用的通信定位手段通信信号不佳，无法提供精准定位信号的现象，基于现场可编辑门阵列（FPGA）为主控硬件提出一种以超宽带（UWB）定位技术为原理的无线传输定位系统，UWB定位基本原理基于三边测量算法并在后端数据处理中引入自适应卡尔曼滤波进一步提高其定位精度。该系统硬件层面具有低功耗、高效率的优点；算法层面卡尔曼滤波可以使系统达到更高精度，静态测距精度可达到0.1 m以内，动态测距精度可达到0.2 m以内。该系统可对工作人员长时间进行高精度、高效率的定位。经实验验证，该系统能够在无网络的情况下及时进行高精度跟踪定位，具有极强的鲁棒性。     

基于TOA/TDOA的一致性正交容积卡尔曼跟踪算法

针对异构网络环境下目标跟踪系统中面临的非线性估计问题,提出了一种基于正交容积卡尔曼滤波的目标跟踪算法.文中算法首先引入一个附加变量来表示状态变量中的非线性项,设定自适应加权因子来调整不同信号输入系统的比重,然后利用数学手段融合两种信号为单一的状态变量,最后通过正交容积卡尔曼滤波来实现目标状态量的更新,从而实现对目标的定位与跟踪.仿真结果表明了文中算法的有效性,能够得到更高的定位与跟踪精度.     

基于UWB和惯性导航融合的室内定位方法

针对室内环境日益复杂,单一的定位系统已经不能满足人们对定位准确度需求的问题,设计了一种利用超宽带(UWB)和惯性导航融合进行的室内定位方法:首先针对UWB测距结果容易受环境影响的问题,根据实验环境对UWB测距进行了标定;然后利用改进马氏距离的异常值检测方法对测距过程中的异常值进行了剔除;最后采用了紧耦合的卡尔曼滤波器,以UWB测距值作为扩展卡尔曼滤波观测量,以惯性导航解算的位姿作为扩展卡尔曼滤波器的预测量,通过UWB测距来不断校正惯性导航的位姿数据。最终为了验证所提方法的可行性和有效性,进行了UWB单独定位和UWB与惯性导航融合定位的小车搭载矩形运动轨迹实验,通过对两种方法实验数据的对比分析,在加入了外界干扰时的矩形轨迹定位实验中,利用UWB和惯性导航融合的定位结果,平均精度比单独利用UWB进行定位时提高了36.3%;误差结果对比表明,利用UWB和惯性导航融合定位的误差波动更小,具有更高的鲁棒性。表明了该融合定位算法与单独利用UWB技术进行定位的算法相比,能够有效地抑制定位过程中的干扰问题,并且可显著地提高在室内环境下定位系统的鲁棒性和定位精度。     

基于融合算法的GPS/UWB/MARG协同定位系统研究

为了弥补在不同场景下切换时目标丢失的盲区,提出GPS/UWB/MARG的协同定位系统,实现城区建筑间混合场景下的无缝定位。在混合场景下采用一种加权融合算法实现GPS和UWB协同定位,MARG用以辅助提高GPS定位精度,先对单一子系统进行数据优化和性能分析后,以加权融合的方式处理GPS/MARG数据和UWB数据,自主判断在不同定位环境下的数据输出的最优定位信息。结果表明,协同定位系统在混合场景下平均定位精度相比于GPS/MARG系统提高了64%,定位精度更高同时拓展了单一定位系统的应用场景。     

基于TDOA算法的差分UWB室内定位系统研究

超宽带UWB定位技术在受到电磁干扰、NLOS等情况影响时,实际定位环境变得复杂,造成实际定位精度不高、定位稳定性差。通过借鉴差分GPS技术,以TDOA-UWB室内定位技术为基础,提出差分UWB定位算法。同时结合权重滑动平均法,研究并提出基于TDOA算法的差分UWB室内定位系统,以Hainan EVK 2.0系统作为实验平台进行相关的测试实验。实验结果表明,基于TDOA算法的差分UWB室内定位系统能有效提高定位精度和定位稳定性,在受到外界干扰的情况下,定位误差整体降低23%。     

GPS动态跟踪精度的研究

对ＧＰＳ的动态跟踪精度进行了系统的研究，首先建立起ＧＰＳ定位系统的数学模型，提出了一种强跟踪卡尔曼滤波算法来提高系统的定位精度，最后利用增加观测矩阵的秩进一步提高系统的跟踪精度。试验结果表明，当系统刚开始工作或载体的状态突变时，此算法具有较强的跟踪能力，且滤波器具有良好的鲁棒性。     

一种改进的多源信息融合室内定位方法

针对超宽带（Ultra-wideband,UWB）定位系统受非视距（Non-line of Sight,NLOS）误差影响较大,以及惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）定位系统受累积误差影响较大的问题,提出了一种基于多源信息的改进融合定位模型。首先,对UWB测量模型进行优化,通过差分气压计测高的方法对NLOS信号进行鉴别,并通过加权最小二乘法削弱NLOS信号对UWB定位结果的影响。然后对数据融合算法进行优化,引入IMU累积误差门限降低累积误差对IMU定位结果的影响,提高融合定位精度。最后,使用UWB、IMU系统在室内复杂环境中的实测数据进行Matlab仿真,验证了改进融合定位模型在定位精度上比基础融合定位模型提高了45.71%。     

正逆向滤波在惯性卫星组合导航中的应用

为满足高性能惯性/全球卫星导航系统(GPS)组合导航的要求,进一步提高卡尔曼滤波算法在组合导航定位中的解算精度,考虑利用逆向数据处理和加权平滑的融合算法,提出一种正逆向融合的卡尔曼滤波算法应用于惯性/GPS的松组合导航中。分析了正逆向融合的卡尔曼滤波算法的解算方法,并与普通正向卡尔曼滤波算法做出比较。实验部分采用车载传感器采集的实测数据,通过对两种方法解算结果的误差分析,表明了正逆向融合的滤波算法在定位精度方面优于传统正向滤波算法。     

自适应SICKF及在目标跟踪中的应用

针对容积卡尔曼滤波（CKF) 估计精度在系统状态或参数突变时下降的问题,结合均方根嵌入式容积卡尔曼滤波(SICKF)和强跟踪滤波(STF)思想,提出了一种自适应SICKF(ASICKF)方法。在SICKF获得高估计精度的同时引入STF条件,根据系统输出残差获得自适应渐消因子,将其引入系统输出协方差均方根阵和互协方差阵中对滤波增益进行实时修正,强迫系统输出残差序列始终正交,从而使SICKF算法具备强跟踪能力。为验证所提ASICKF算法性能,利用数值仿真将其应用于存在突变情况的目标跟踪问题中。仿真结果表明,ASICKF在系统状态突变时仍能保持较高的估计精度,算法稳定性和适应能力较好。     

容积Rauch-Tung-Striebel平滑器

针对离散非线性系统的状态平滑问题,基于Rauch-Tung-Striebel(RTS)理论设计了一种容积卡尔曼平滑器(Cubature Kalman Smoother,CKS),即容积Rauch-Tung-Striebel平滑器(RTSCKS)。首先,基于经典贝叶斯状态估计理论框架,推导了状态概率密度分布形式的非线性系统最优平滑算法;其次,基于Rauch-Tung-Striebel理论,建立了相应的最优平滑递推算法;然后,将其与容积卡尔曼滤波算法相结合,建立了递推形式的RTS-CKS平滑器;最后,通过典型的纯方位跟踪模型验证了该平滑器的可行性和有效性。该平滑器为非线性系统的状态估计提供了新的估计算法。     

UWB positioning enhancement using Markov chain in indoor NLOS environment

The accuracy of the positioning system in indoor environment is often affected by none-line-of-sight ( NLOS) propagation. In order to improve the positioning accuracy in indoor NLOS environment, a method used ultra-wide-band ( UWB ) technology, which based on time of arrival ( TOA) principle, combining Markov chain and fingerprint matching was proposed. First, the TOA algorithm is used to locate the target tag. Then the Markov chain is used to identify if blocking happened and revise the position result. And the fingerprint matching is used to further improve the position accuracy. Finally, an experiment system was built to test the accuracy of the proposed method and the traditional Kalman filter method. The experimental results show that, compared with the traditional Kalman filter method, the proposed method can improve the positioning accuracy in indoor NLOS environment.     

基于有限差分扩展卡尔曼粒子滤波的多特征自适应融合的目标跟踪算法研究

针对复杂环境下目标跟踪问题,提出了一种基于 有限差分扩展卡尔曼粒子滤波的多 特征自适应融合跟踪算法。采用有限差分扩展卡尔曼滤波器对采样粒子集合进行滤波更新, 通过融入最新观测信息的方法消弱权值退化现象;在新算法的框架内,利用目标静态和动态 互补特征作为观测量,实现不同环境下目标的多特征自适应融合跟踪。实验结果表明,本文 方法具有较好的跟踪精度和抗噪声干扰能力。     

机载航电系统中多源信息模糊自适应融合技术

为了保障导航的精度与可靠性,目前常采用多源信息融合导航。针对ADS/IRS/GPS组合导航系统,采用基于自适应信息分配的联邦滤波结构处理信息融合问题,并把模糊推理技术融入到ADS/IRS卡尔曼滤波器中,对IRS/GPS子滤波器采用紧组合模式,上述结构算法能对多源导航信息进行最优融合与处理。建立了ADS/IRS模糊自适应卡尔曼滤波模型以及IRS/GPS紧组合滤波模型,设计了自适应信息分配的联邦滤波算法,并进行了仿真,仿真结果验证了设计算法的有效性。     

一种超宽带与惯导融合的LSTM室内定位算法

针对复杂环境下的室内高精度定位需求,提出了一种超宽带和惯导融合定位方案.结合位置估计过程可被划分为时间序列预测问题的特点,提出了一种基于长短时记忆(Long Short Term Memory,LSTM)网络的联合定位算法,并对其总体架构设计、数据预处理方法、网络结构设计、模型训练方法进行了研究.在此基础上,通过仿真和...     

一种适用于分布式摄像机网络的SCIWCF算法

本文使用容积卡尔曼滤波器来处理分布式摄像机网络中的目标跟踪问题.平方根容积信息滤波（Square-Root Cubature Information Filter,SCIF）是容积卡尔曼滤波的一种扩展,其具有有效性和可靠性等方面优势,有利于对多源信息进行信息融合.然而当该算法应用于像摄像机网络这种大规模网络时,如果采用一般的集中式处理,中心节点可能会承受较大的计算压力.针对这个问题,本文首先将平方根容积信息滤波器进行了扩展,提出分布式平方根容积信息滤波器,使其能适应大规模网络.另外在摄像机网络中,由于摄像机装置在一个较大的区域内,由于摄像机观测区域有限,目标可能会出现在观察的盲区,这样就会存在某些摄像机的测量数据无效.针对这个问题,本文提出了平方根容积信息加权一致性滤波器（Square-Root Cubature Information Weighted Consensus Filter,SCIWCF）对状态信息和信息矩阵加权,减小这些无效信息在一致性算法的作用,从而提高整体的滤波性能.仿真实验结果表明,本文提出的算法能够在摄像机网络中对目标进行有效跟踪,在估计精度和滤波器稳定性等方面要优于传统的信息滤波.