定位业务在3G系统中的实现

文章从定位技术的实现原理入手,阐述了目前主流的定位技术。结合在WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种典型3G系统中实现的平台结构,分析了不同的定位技术在3G中的实现方法和思路,提出了相应的建设方案。最后总结目前定位技术和业务尚存的缺陷及尚待解决的问题,为下一代网络定位业务的大面积推广,实现可靠、精确和高覆盖的定位系统提供切实可靠的理论和工程依据。     

一种基于GACNN改进的室内可见光指纹定位算法

为提高室内可见光定位系统性能,提出了基于遗传算法训练卷积神经网络(Genetic Algorithm Convolutional Neural Network, GACNN)的室内可见光指纹定位算法。该算法引入一维卷积神经网络学习模型,针对卷积神经网络的超参数设置,利用遗传算法对卷积神经网络进行训练,将超参数进行二进制编码后采用精英遗传算法对CNN进行训练,来解决卷积神经网络模型参数调节依靠经验和模糊最优化的过程。实验结果表明：在室内4 m×4 m×2.5 m的定位场景下,定位算法可以获得平均定位误差4.11 cm的定位精度。相较于卷积神经网络定位算法,平均定位误差降低了25%。对比分析了不同室内可见光定位算法的性能,验证了算法的技术优势。     

全球定位系统(GPS)的卫星定位技术与市场前景

该文从前瞻性的高度,综述了最近十多年来发展起来的全球定位系统(Global Posi-tioning System:简称GPS)的构成及其优越性,对GPS卫星定位技术及其在我国的开发应用现状和市场前景进行了分析。     

可见光通信与双目视觉的室内定位分析

应用可见光通信与双目视觉的室内定位技术,能够提高室内移动机器人的导航精度。基于此,详细阐述了三维定位系统设计、LED光源中心坐标提取、双灯光源识别机制设计、IMU坐标系标定、室内定位技术应用试验这几项室内定位分析环节,希望能够为室内机器人定位技术的发展提供助力。     

UMTS中的定位技术研究

LBS(基于位置的服务)是当下最为流行的移动应用之一,而位置服务的提供离不开定位技术的支撑。文章介绍UMTS(通用移动通信系统)中影响定位精度的几个系统参量,列举UMTS标准中与距离相关的4个测量项:RSCP(接收信号码功率)、OTD(观察时间差)、RTT(往返时间)和PRACH(物理随机接入信道)传播延时、AOA(到达角),分析基于Cell-ID和E-CID(增强型Cell-ID)的定位以及OTDOA定位原理。最后,通过克拉美罗下限将UMTS与GSM的定位性能进行比较。     

一种HSGPS接收机的设计与验证

分析了GPS弱信号的特点,探讨了只存在NLOS型信号时影响GPS定位的主要技术因素。以u-blox公司的LEA-5S为基础,设计和验证了针对弱信号环境下车辆定位的HSGPS接收机。最后,通过测试其启动的TTFF和定位准确度,论证了HSGPS接收机设计及弱信号环境下定位车辆应用的可行性。     

多照明区域协作的室内可见光定位

考虑室内存在障碍物遮挡及背景光和反射光干扰 较强的实际定位场景,提出了一种基于多照明区域 协作的LED可见光室内定位方法。本文方法引入多照明区域联合定位思想,利用分布于室内 不同区域的LED 发出的参考信号估计定位节点到各LED的信号传输时间差,构造协作定位距离估计目标函数 ,并通过非线 性最小二乘(NLLS)算法获得定位目标的位置估计。将提出的定位算法在10m×3m的空间区域中进行定位仿 真,在5W LED照明、双区域协作条件下,获得了平均定位误差7.41 cm的定位精度。结果表明:提出的协 作算法不仅提高了室内定位精度和系统应用的普适性及鲁棒性,而且有效地解决了室内可见 光定位存在的遮挡效应;此外,对动态定位追踪也有一定的效果。     

无线通信系统协作定位技术研究

二维定位需要MT(移动终端)基于至少三个BS(基站)进行测量。如果链路被遮挡,那么移动终端将可能无法精确定位。在这种情况下,可以采用协作定位来解决问题。文章研究集中式协作定位和分布式协作定位两种类型的特点,分析集中式协作定位的工作原理。仿真结果表明,在传统静态位置估计方法中,超过10%的MT无法定位,使用EKF(扩展卡尔曼滤波)算法可以有效改善这一状况,且定位误差在10 m以下,而采用协作定位技术则可将该误差进一步减小到3 m左右。     

基于数字电视地面广播网的无线定位系统

无线电定位系统的基本功能是收集在一定地理区域内的无线电信息,根据接收信号强度、到达时间、到达时间差或者到达角度等参量,计算得出待测目标位置信息的估计。随着对移动定位和基于位置的服务的需求增多,使得无线电定位技术得到更多的关注。由于数字电视(DTV)信号具有较强的抗多径干扰能力,同时具备较好的发射站分布,且发射站位置不变,不必像基于卫星定位的情况进行频繁更新,使得基于DTV信号的无线定位成为研究新热点。文章在分析使用数字电视广播网进行无线定位的必要性和可行性的基础上,介绍了DTV无线定位的伪距测量模型、定位方法和定位流程,并指出了有待进一步深入研究的方面。     

超宽带定位技术的分析与思考

超宽带(UWB)技术既可应用于高速、近距离无线通信,也可进行更远距离的通信,以极低的功耗和很低的成本实现很多其他技术难以实现的应用,例如定位。文章介绍UWB定位的原理及实现方式,总结近年来UWB定位技术的研究发展概况,讨论UWB定位的主要研究热点,最后从研究力度、产业化程度、应用前景等方面,分析UWB在高速短距离和低速长距离两种极端领域应用的现状,提出优先发展UWB定位技术是紧迫的、可行的。     

基于稀疏训练点和指纹重构的室内可见光三维定位算法

目前构建基于机器学习的室内可见光定位模型主要依赖于光电二极管和指纹数量,为了降低指纹采集的复杂度,提高定位精度,提出一种基于指纹矩阵稀疏重构的室内三维可见光定位算法。该算法利用极限学习机训练稀疏采样点,采用奇异值分解和交替方向乘子法求解稀疏指纹矩阵的重构问题。该算法可以有效降低指纹的采样率,同时可以基于极限学习机算法较强的泛化能力提高定位速度和定位精度。在此基础上,由于可见光的多径反射等因素的影响,定位区域的边界定位误差大于内部定位误差,通过引入一种边界修正定位算法,可以有效降低边界定位误差。仿真和实验结果表明,与传统的机器学习算法相比,该算法在减少其所需指纹数量的同时,具有更高的定位速度和精度。     

基于粒子群优化压缩感知的可见光定位算法

目前,基于压缩感知的可见光定位采用线性最小二乘法重构信号,容易陷入局部最优解,且需要高密度的发光二极管布局。针对这些问题,提出了一种基于粒子群优化压缩感知的可见光定位算法。首先,建立一种基于重构接收信号强度残差的适应度函数;其次,将指纹定位的权重求解问题转换为稀疏矩阵的重构问题;最后,采用粒子群优化重构信号。仿真结果表明,所提算法的时间复杂度较低、鲁棒性好,即使在低密度的发光二极管布局下,定位误差依然很小。当信噪比为10 dB、网格间距为50 cm时,所提算法定位误差的平均值为3.67 cm,显著低于现有的10种同类算法。还详细分析了不同参数对所提算法定位误差的影响,所得结果可为实际可见光定位系统的设计提供有益的参考。     

可见光通信的自动导航系统设计

设计了一套利用可见光通信的自动导航系统。通过分析室内可见光信道模型,设计了可见光定位导航系统的发射模块和接收模块。系统在获取了停车位置信息后,通过光电二极管驱动电路将信息发出,光信号传感器模块接收可见光信号;信号经过解调、滤波后由显示屏显示,同时语音系统播报位置信息,利用贝叶斯相位中心偏置天线（Bayesian Information Criterions Displaced Phase Center Antenna,BDPCA）聚类算法计算出最佳导航路径,从而实现自动导航的目的。测试结果表明,该系统可满足目标的精准定位功能,在搭建的1m×1m×1m 验证实验中,系统的最大定位误差为 7.90 cm ,平均定位误差为 4.85 cm ,降低了26%,最佳导航路径距离更短,所需时间降低了20%,系统有较高的工作效率。     

基于反向学习策略的自适应花授粉接收信号强度指示室内可见光定位

为提高大型室内场所的定位精度,提出一种基于改进自适应花授粉算法的接收信号强度指示(RSSI)可见光定位方案。利用固定在屋顶呈网格型排布的LED发送位置信息,接收端采用基于反向学习策略和自适应花授粉算法的RSSI定位方法实现精确定位。传统花授粉算法具有易陷入局部最优、缺乏变异机制等缺点,利用反向学习策略可使初始种群分布更加均匀,通过提高种群多样性可使算法跳出局部最优;采用有利于全局广泛搜索的自适应移动因子提高收敛速度。在100 m×100 m×100 m大型室内场所的一层100 m×100 m×10 m的空间中,考虑热噪声和散射噪声干扰的情况,经过多次仿真可得,相比于传统定位算法,随机灯排布下采用改进花授粉的RSSI算法的定位误差小于±1 cm;采用网格型灯排布结合改进定位算法的室内可见光定位系统时,定位精度得到明显提升,定位时间大幅缩短。该方案具有定位精度更高、计算速度更快、工作稳定等优点。     

基于双BP神经网络的室内可见光定位算法

为提高室内可见光定位的精度,提出了一种基于双反向传播(BP)神经网络的单发光二极管(LED)灯室内定位算法。首先在定位区域内使用BP神经网络确定待测目标粗略的位置范围,然后以该位置范围为限制条件,再次使用BP神经网络实现更精确的定位。室内定位系统采用单个LED灯作为发射器,3个水平光电探测器作为接收器接收光功率,避免了使用多个LED灯在定位时引起的光源符号间干扰。仿真结果表明:在3 m×3 m×3.5 m的定位区域内,提出算法的平均定位精度可达0.0042 m,比传统的室内可见光定位算法高。     

高精度室内可见光定位算法

针对目前室内定位算法精度不高、实现复杂等问 题,提出了一种基于白光LED的可见光室内定位方 法。首先利用由室内不同LED发出的定位参考信号到达定位终端的时间差(TDOA )的测量估计,得 到定位终端到达两个LED的传输距离之差,以此构造距离估计目标函数,然后采用有约束非 线性规划算法得到 定位终端的位置坐标,从而有效地解决了室内噪声环境中常规TDOA定位算法不收敛或误差偏大的问题。 同时,为了进一步优化定位性能,将距离信息引入加权因子中,提出了质心加权混合定位算 法。将提出的 定位算法在5m×5m×3m的空间区域中进行了仿真实验,同时考虑噪声因素的影响,结果 表明,提出的距离 估计目标函数法在信噪比(SNR)为2dB的条件下可以达到平 均5cm的定位误差,采用质心加权处理后平均定位误 差仅为3cm,有效地提高了室内定位精度和系统应用的普适性及鲁棒性。     

基于MIMO的可见光通信系统研究

可见光通信是利用LED发出的可见光传输信息的,可见光通信兼顾照明和通信,同时LED具备发光强度高、耗能低、无电磁干扰,有着巨大的发展潜力。文章指出,将MIMO技术应用于可见光通信系统,合理地对LED进行布局,可提升系统的可靠性。同时文章研究了可见光通信系统中的调制技术,比较了几种常见的调制技术,分析了各自的优缺点。     

多LED照明节点的室内可见光定位方法研究

针对室内复杂环境和室内照明节点拓扑结构对可见光定位精度的影响,基于近似完美三角点测试(APIT)算法设计了一种多LED照明节点的可见光室内定位方法。该方法利用信号传输时间作为节点间距大小的判断凭证,结合APIT定位算法,实现室内可见光定位。仿真结果表明:该定位方法的定位误差在0.24 m左右浮动,在保证了定位精度的基础上,精简了定位设备成本,并提升了定位算法的计算效率,使得定位系统在实际场景中的应用更具稳定性与适用性。     

基于朗伯模型参数估计的VLC室内定位优化算法

为实现高精度室内定位,本文设计了一种可见光 通信(VLC)室内定位系统,并通过 结合优化的朗伯模型、码分多址技术(CDMA)、三边定位算法而有效提升了定位精度和系统 扩展性。首先,每个发光二极管(LED)的ID信息经过直接序列调制后加载到LED驱动电路上 ,LED发出带有自身ID信息的灯光信号。在接收端通过光电探测器(PD)接收灯光信号,并 根据扩频码的正交性恢复出ID信息及接收信号强度(RSS),以此提高信道容量并增强系统 抗干扰能力。然后,根据朗伯光源模型,由三边定位算法得出待定位点的定位估计坐标。为 进一步提高精度,引入k最近邻(KNN)思想,采集适当的指纹点并由指纹点信息对每盏灯在 定位估计坐标处的朗伯光源模型参数进行估计,由优化后的朗伯模型计算出精度更高的定位 坐标。在1m×1m×1.35 m的空间区域中,进行本VLC室内定位系统 的实验测试。结果表明,提 出的高精度VLC室内定位系统的平均定位误差降低至2cm左右,其定位精度相比于传统三边 定 位算法提升了30%。此外,该系统方案所采用基于指纹点信息优化朗 伯模型参数的方法具备良好的实用扩展性,可实现广阔的应用场景。