基于UWB的消防员室内协同定位算法

为了在复杂火场环境下获取消防员的精确位置,提出基于超宽带(ultra-wideband,UWB)的消防员室内协同定位算法,充分利用目标到UWB基站以及到其他目标的测距信息进行定位.采用线性拟合方式对测量距离中存在的标准偏差进行预处理;针对目标位置解算及非视距(non-line-of-sight,NLOS)误差缓解问题,...     

基于无线数据的高精度超宽带定位方法综述

基于目前GPS、北斗定位系统因建筑物阻隔等因素而在室内定位效果不佳的情况,以超宽带(UWB)、WiFi、蓝牙等为基础的室内定位技术得到了广泛应用和快速发展,其中的UWB技术因其传输速率高、功耗小、抗干扰能力强和精度高等特点更是占据着重要的地位。从室内定位技术、UWB定位方法和UWB硬件设施3个角度对室内定位技术进行了分析和总结,针对构建室内定位系统,特别是以UWB技术为代表的高精度室内定位技术方法进行综合论述,并探讨了未来高精度UWB室内定位技术的发展方向。     

基于UWB的室内定位系统研究

针对目前国内室内定位领域的需求,提出一种基于UWB的室内定位系统实现方案,充分利用UWB带宽大、定位精度高的优点,实现室内三维定位和追踪。系统通过TOA方法,测量UWB标签与多个UWB基站之间的距离,位置解析服务器通过串口读取测距信息。采用基于四UWB基站的三维空间定位算法,计算定位目标在室内三维空间的位置,并通过WiFi发送位置至用户手机端。手机端通过OpenGL ES加载三维室内地图,并动态接收从服务器端发送的定位目标位置,从而实现室内三维定位与追踪。系统测试表明,基于上述方案的室内定位系统具有较高的精度和实用性。     

UWB技术的RLS-EKF室内定位算法研究

针对当前UWB技术在传统厂区布站方式下室内定位误差较大，无法良好实现对象的三维显示问题，基于多传感器融合，本文提出一种将UWB数据与IMU数据进行先预处理、后融合的算法。该方法通过TOF测距后将UWB数据进行小波阈值去噪，递推最小二乘定位，并与IMU数据进行扩展卡尔曼滤波融合，从而减小标签的三维距离误差，提高定位精度，实现对厂区可移动设备的实时监控管理。仿真结果表明，基于多传感器融合的RLS-EKF室内定位能够减小标签三维定位误差，提高定位的准确性，满足厂区室内实时定位的精度要求。     

基于UWB的室内人员定位系统的应用

为进一步研究基于UWB的无线定位技术,实现室内、室外定位服务的无缝衔接,文中设计了一种基于UWB的室内定位系统平台。该平台包括定位基站、定位标签和定位引擎,定位引擎主要采用TOA算法。定位基站对下与定位标签通信,对上与定位引擎通信,实现对人员、设备的精确定位。经实际测试,在具有3处墙体、8个柱子及多个较高障碍物的复杂环境下,该平台运行稳定,可展示实时定位轨迹。实验结果表明:在静态和动态定位中,室内非视距环境中定位最大误差为20 cm,满足室内高精度定位技术研究需求,为实际应用奠定了良好的基础。     

UWB 技术在消防员位置定位系统研究与应用

设计一种基于无载波通信超宽带技术(UWB),对消防员的位置定位进行设计的系统,克服了传统位置定位系统缺点,并一步提高对消防员的位置定位的精确度,而且能够在室内发挥良好作用。超宽带定位技术具有功耗低、高速、抗多径效果好、安全性高,特别是能够在定位方面能够提供非常高的精度等优点,在无线电技术定位方面具有很大发展潜力。     

物联网中基于UWB能量检测定位算法的仿真

Ultra-Wideband(UWB)技术被认为是最适合进行室内无线测距定位的技术,为了实现对基于UWB的物联网中节点的位置进行定位,采用基于能量接收的方法来估计UWB信号的到达时间(Time of Arrival,TOA),进而计算出传播距离和位置。本文使用Matlab仿真了PPM-TH-UWB(Pulse Position Modulation Time Hopping UWB)信号在IEEE802.15.4a信道下的发射、延时、信道冲击响应、加噪声、能量接收、到达时间估计的过程。该方法解决了在没有UWB信号发送、接收装置时对无线定位算法的仿真、测试和评估。     

火灾救援系统中动态定位方法研究

火灾救援系统的一个关键问题是救护人员的标识及其位置的实时获取;现有大多数定位系统需要特殊硬件的支撑,这样会加大系统开销;另外,已有的定位算法大都假设消防员是静止的或者事先布置的GPS点是定位的,这些都不符合实际的需求;文章给出了一个新的定位方法,该方法在消防队员和部分带有GPS的队员间通过通信来获取自己的估计位置,从而当消防员受到危险情况时,可以在第一时间得到救助。并且避免所有消防员都配戴GPS,有效地降低了系统成本。     

基于UWB定位的智能跟随车系统设计

本文基于超宽带技术(UWB)设计了一款定位与跟踪智能小车^[1],实现了高精度的定位和跟踪功能。通过三边定位算法计算出小车在基站中的位置，实现精准定位，通过安装在小车车头上的两个UWB模块测试与目标UWB模块的距离和角度实现距离和角度的跟踪。实验测试结果表明，小车具有高精度定位和灵活的跟随功能。     

基于UWB与IMU的多传感器融合室内定位技术研究

随着室内定位需求的不断提高,室内定位精度的提高成为目前研究的热点,单一传感器定位技术在复杂的室内环境中定位误差较大、精度较低。针对上述问题提出了一种基于UWB和IMU融合的室内定位方法。该方法首先利用卡尔曼滤波算法对UWB定位技术的伪距信息进行非视距误差的处理,利用最小二乘法解算出位置信息,进而与IMU定位系统解算出来的位置进行松耦合,将UWB定位信息作为量测方程,IMU定位信息作为系统方程最终得到松耦合之后的定位结果。通过仿真实验表明,上述方法可以有效地抑制UWB非视距误差和IMU累积误差对定位精度的影响,提高室内定位的精度。     

基于RFID的消防员定位

近年来消防员安全事故频发,消防员定位技术也受到了更多的关注;传统的非视距定位方法存在可实践性不足、定位成本高、定位精度低的问题,所以我们提出了基于RFID的消防员定位方法,它综合各种定位系统,采用RSSI算法进行测距定位。本文针对外场消防员救火时,发生火场坍塌的情况,根据消防员定位信息,能够快速及时展开指挥救援,最大限度降低伤亡。     

基于多传感器的室内三维定位算法研究

针对消防员在日常救援过程中难以准确获知自身位置坐标的问题,采用姿态传感器和气压计,提出一种室内三维定位算法(ITPA)。在ITPA算法中,根据加速度的幅值均方根、加速度的幅值方差和角速度的幅值均方根,实现过零监测,从而获知消防员的行走步数。根据气压计的数据,采用高度获取,卡尔曼滤波和异常数据处理等操作,获知消防员的高度,并判断其移动行为。通过二维移动距离计算和位置获取操作获知二维坐标。根据消防员的行为对其三维坐标观测值进行修正,并采用Kalman融合算法估计消防员的当前三维位置坐标。实验结果表明:在直行行走、楼梯行走和综合行走下,ITPA算法都能获得较接近真实路线的消防员室内三维位置,降低了算法的步数误差、距离误差和漂移误差,比FINS,IPNS和IPA3D算法更优。     

基于超宽带通信的高精度定位系统设计

针对目前流行的室内定位技术定位精度差的问题,提出了基于STM32F103RBT6和DecaWave的单片收发一体射频芯片DW1000的超宽带(UWB)通信定位方案,设计了系统的软硬件,讨论了相关定位算法.系统中被测节点(Tag)与锚节点(Anchor)通过双向TDOA算法得到两者之间的距离,Tag与多个Anchor的距离通过UWB通信被汇总至定位服务器,由定位服务器三角质心定位算法测算出Tag的三维空间坐标.实验结果表明,系统在LOS环境下具有较高的精度,在NLOS环境下也具有良好表现.     

基于UWB室内定位系统应用与研究

通过分析当前常用室内定位技术和实施优缺点,引入UWB(Ultra Wide Band,超宽带)定位模块,分析了UWB室内定位系统的原理以及设备上的实现方案,从定位精度和定位动态性能两方面进行关键性技术研究,改进了基于单一方法的定位技术。针对定位精度问题,根据人体下肢运动过程中的对称性特点改进现有的行人航迹推算算法。针对定位动态性能问题,引入惯性导航定位模块,将改进的PDR算法与UWB定位方法进行融合,通过实验测量说明,使用TOA跟踪算法响应速度较快,设计的UWB室内定位系统具有小于5cm的室内定位精度,重复精度小于1cm。     

基于超宽带的移动机器人室内定位系统设计

针对目前移动机器人室内定位方式灵活性差和精度不高的问题,设计了一种基于超宽带(UWB)的高精度移动机器人室内定位系统。系统以UWB射频模块组成无线传感器网络,包括基站(Anchor)和安装在移动机器人顶端的标签(Tag)。采用非对称双边双向测距技术(ADS-TWR)获得标签到各基站之间的距离信息,无需基站与标签、基站与基站之间的时钟同步。距离信息通过Wi Fi由基站传输到上位机,利用卡尔曼滤波算法对距离信息进行优化后进行定位。测试结果表明,该系统具有布设简单、高精度、高实时性的特点,定点定位误差在13 cm以内,动态点定位误差小于20 cm。     

基于TDoA的混合算法在室内定位中的应用

室内定位技术的快速发展对基于超宽带（Ultra Wide Band,UWB）的定位技术提出了更高的要求。然而，在室内环境中，受多种障碍及外界扰动影响，超宽带信号通常位于非视距（Non Line of Sight,NLoS）背景下。因此，文章对NLoS中的UWB目标跟踪与位置问题进行了研究。首先阐述了UWB技术，其次提出了一种基于到达时间差（Time Delay of Arrival,TDoA）的UWB室内定位加权算法，以解决NLoS环境下UWB室内定位算法精度较低、定位误差较大的问题，最后设计了相关实验进行验证。相关比较和模拟实验结果表明，提出的方法能够较好地改善非视距条件下的定位精度，并且具有较好的定位效果。     

基于BIM技术与飞行器的新型消防救援系统研究

为实现火灾预警及协同消防员作业的目的,本文提出一种基于BIM技术与飞行器的新型消防救援系统。以BIM技术为基础,建立三维信息模型,连结飞行器与传感器,制备新型消防救援系统,并进行测试。实验表明,新型消防救援系统可以实现及时、精准定位着火点,方便人员搜救,以及数据收集的目的。     

基于室内外定位技术的消防应急指挥平台的设计与实现

针对目前高层建筑消防缺少室内定位和室内地图支持的问题,结合当前室内定位技术并利用GIS技术研发了一个消防应急指挥平台原型系统。该平台解决了室内外地图服务,室内外定位信息的跟踪显示以及消防员手持终端、指挥中心指挥系统及移动指挥系统间的信息共享与同步等关键问题。基于该平台,可为消防应急指挥和救援提供室内外地图及定位信息服务,对消防应急指挥能力的提升具有较高的应用价值和广泛的应用前景。     

面向钻孔救援的超宽带雷达技术研究现状与方向

针对目前基于视音频的钻孔生命信息识别技术在矿山救援过程中所面临的视频遇障失效和声波衰减速度快的问题,研究了能穿透煤岩体、砖墙等障碍物进行非接触式测量,实现生命信息识别的超宽带(UWB)雷达技术。从UWB电磁波的传输衰减特性、杂波的滤除与优化、目标生命识别方法3个方面分析了UWB雷达技术在矿山钻孔救援中应用的现状和存在的问题:(1) UWB电磁波可对障碍物后人员生命信息进行识别与定位,其衰减与电场强度、磁场强度、频率和介质有关,但目前针对UWB电磁波传输衰减特性的研究缺乏对不同温度、探测频率、变质程度下各种煤岩体与UWB电磁波传输衰减之间的关系研究,对UWB电磁波的频率、入射角、极化形式等关键参数及变化特征与UWB电磁波衰减的关系研究较少。(2)采用经验模态分解法、MUSIC算法等方法可以对UWB电磁波中的杂波进行滤除,但缺乏对杂波滤除后有效波特征和信息的准确提取和科学表征,难以提高生命信息特征提取与识别的速度与精度。(3) UWB电磁波可以实现对障碍物后多目标人员生命体征如呼吸或心跳的捕捉,采用多雷达观测点可以提高低信噪比环境下生命信息探测的准确性,但目前的研究缺乏对呼吸、心跳、胸腔起伏、体温等多方位、多角度的系统识别与量化分析,缺乏对生命信息识别模型的优化方法。针对存在的问题,指出了UWB雷达技术在矿山钻孔救援应用中的研究方向:(1)研究不同条件下各煤岩体自身性质和电磁波相关参数对UWB电磁波在煤岩体中传输衰减的影响,得出其传输衰减规律。(2)研究适用于矿井环境下杂波的滤除优化与回波特征提取算法,利用回波中的有效特征建立学习样本数据库。(3)构建适用于矿井环境的人员生命信息识别模型,结合样本数据库对模型不断优化,以提高生命信息识别的精度和速度。     

PDR辅助UWB的室内非视距定位方法

为解决室内定位中非视距造成的定位误差问题,在UWB和PDR定位解算的基础上,提出了非视距校正系数β,当β大于经验阈值时,对UWB和PDR定位进行动态加权处理,用PDR定位来修正UWB在非视距下的定位误差。同时,采用了外推的方法得到非视距下PDR初始航向角,并使用广义延拓滤波对行人信息和解算的定位结果进行处理。实验结果显示,该方 法有效降低了非视距情况下的定位误差,经广义延拓滤波处理后,定位结果更符合实际运动轨迹。和单一UWB室内定位方法相比,定位精度提高了53.7%,整体平均定位误差在0.1641m左右。