改进的自适应卡尔曼滤波在北斗伪距单点定位中的研究

针对加权最小二乘法定位精度不高,卡尔曼滤波对初始位置敏感以及噪声协方差固定不变的缺点,提出了一种将加权 最小二乘法和改进的卡尔曼滤波相结合的伪距单点定位解算方法。 该方法首先利用加权最小二乘法解算出接收机初始位置, 然后将该位置作为改进的自适应卡尔曼滤波的初始值,再建立动力学模型来进行滤波。 实验结果表明基于移动窗口协方差估 计的自适应卡尔曼滤波相比于传统卡尔曼滤波,能将单点定位精度提高 50%,收敛速度也提高了 90%。 该算法可以用在对精 度要求不高的民用导航和定位中。     

UWB与IMU融合的室内动态定位算法

针对超宽带(UWB)定位易受多种噪声和非视距(NLOS)的影响产生定位误差的问题,提出了一种基于UWB与惯性测量单元(IMU)融合的室内动态定位算法。该算法首先采用扩展卡尔曼滤波算法对基于到达角度(AOA)定位方法的位置信息进行滤波,并与IMU数据进行时间同步,通过相邻时刻UWB位置信息变化速度与IMU所测量标签运动速度对比,实现对NLOS数据的识别及补偿,从而降低NLOS对定位精度的影响;然后基于改进粒子滤波算法对融合后的数据进行最优估计,以抑制噪声的干扰,最终实现对标签的准确定位。实验结果表明,所提算法采用基于AOA的定位方法可以在保证定位精度的前提下节约硬件成本;与单一使用UWB传感器的定位方案相比,所提算法可根据IMU提供的先验信息有效降低UWB的定位误差,在非视距环境下具备较高可靠性;与基于扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的融合算法相比,定位精度分别提高了65.6%和56.0%;与标准粒子滤波算法相比,所提算法基于改进的粒子滤波算法运行时间缩短了42.3%。     

基于UWB和IMU紧组合的室内定位导航算法

针对超宽带(UWB)在室内复杂环境中定位导航精度低,受非视距(NLOS)误差影响严重,且无法提供目标姿态信息的问题,提出一种基于UWB和惯性测量单元(IMU)紧组合的室内定位导航算法。以位置、速度、四元数、加速度计偏差和陀螺仪偏差为状态向量,通过扩展卡尔曼滤波算法融合UWB和IMU测量信息,加速度计偏差校正速度和位置,陀螺仪偏差校正四元数;用测量残差计算量测噪声因子,组成残差矩阵,动态调整量测噪声协方差矩阵,抑制NLOS误差对定位导航的影响。结果表明,在室内复杂环境下,基于UWB和IMU紧组合的定位导航算法比仅使用UWB定位时LS-Taylor算法精度提高了88.6%,增强了系统抗NLOS误差的能力,提高了动态定位精度,并能得到较准确的姿态信息,具有良好的实用性和鲁棒性。     

采用RSSI模型的无线传感器网络协作定位算法

由于无线传感器网络定位成本较高,精度不能满足要求以及通信和计算开销过大等问题,提出一种针对定位各阶段实施误差抑制措施的接收信号强度指示(RSSI)测距的协作定位算法。测距阶段通过周期性测量获得模型动态参数,采用相对误差系数对RSSI测距进行校正,定位阶段则基于泰勒级数扩展线性最小二乘方法实现位置估计,采取残差加权法优化位置坐标,减小非视距(NLOS)的不利影响。引入协作定位,将符合要求的节点升级为参考节点参与定位计算,进一步提高定位覆盖率和精度。实验结果表明,所提算法精度接近基于真实坐标的泰勒级数扩展LS算法,相同条件下的精度远高于传统估计算法。节点最大定位误差为0.15,最小定位误差为0.08,网络节点平均定位误差为0.109,能够满足大规模无线传感器网络(WSN)的定位需求。     

基于RSSI和辅助节点协作的Wi-Fi室内定位方法

随着Wi-Fi的广泛应用,基于RSSI的位置指纹信息的室内定位也越来越受到研究者的关注。针对传统的基于RSSI的指纹匹配定位中只利用单个节点信息的缺陷,提出了一种基于RSSI和辅助节点协作的Wi-Fi室内定位方法,该算法首先基于RSSI序列相似性选择合适的辅助节点,并测量节点间的距离作为辅助信息以提高定位精度,同时还采用了自适应有色噪声卡尔曼滤波减小室内复杂NLOS环境造成的TOF测距误差,最后通过建模搜索以得到节点的精确位置。实验表明,在复杂环境下该算法定位精度优于其他主流方法,适用于基于Wi-Fi的室内定位系统。     

基于CSS技术的室内导航系统设计与实现

设计并实现了一种基于Chirp信号往返飞行时间（round time of flight ,RTOF）的室内导航系统,用于在复杂建筑物内部多个目标点的定位及跟踪。系统采用时分算法允许多标签同时定位,移动标签与锚节点之间实现双边双向测距（symmetrical double‐sided two‐way ranging ,SDS‐TWR）算法,移动标签并把测距结果传送给定位基站,定位基站再将结果透传到计算中心处理。计算中心利用改进的卡尔曼滤波算法减弱NLOS误差影响,采用加权矫正三点定位算法计算出移动标签位置信息,并存储定位结果于定位服务器。客户端可访问定位服务器查看所需要标签的定位结果。实验结果表明,在特定复杂楼层内,系统定位精度能达到2m,满足室内导航精度需求。本系统实现了定位刷新时间与标签个数的最优化,也具有较好的规模伸缩度以及易部署性。     

Chan-IDW算法在信号干扰下的UWB精确定位研究

随着人们对室内定位需求不断增加,具有良好通信功能以及定位性能的超宽带(UWB)技术在室内定位领域发挥着重要作用。针对UWB通信信号在室内复杂环境中容易受到干扰,造成定位误差的问题,本文建立K-means算法对采集数据进行聚类分析,剔除有信号干扰时产生的错误测距数值,并在经典Chan算法的基础上进行改进创建出Chan-IDW模型来确定靶点位置的实际坐标,再通过均方差误差(RMSE)来衡量出该定位模型的精度。实验结果计算出在信号干扰下定位的靶点二维坐标平均误差为5.67 cm,三维坐标平均误差为11.34 cm,误差均在厘米级别,表明该模型求解靶点坐标与其真实坐标非常接近。因此得出结论,Chan-IDW模型可有效解决室内信号干扰下的UWB精确定位问题。     

基于改进的 AEKF 铅酸电池 SOC 在线估计

为了提高铅酸电池在随机工况下荷电状态(SOC)估计精度,减小误差变化对估计精度的影响。针对自适应扩展卡尔曼滤波中误差新息序列长度固定选取的局限性,本文提出一种改进的自适应扩展卡尔曼滤波算法估计SOC。通过似然估计来监测协方差匹配算法中的误差新息序列分布变化时刻,根据误差新息的分布变化来自适应调整新息序列长度,进而降低估计SOC时的误差。首先通过带遗忘因子的递推最小二乘法(FFRLS)辨识获得等效模型参数,其模型平均误差电压为13.63 mV,然后在随机工况实验下发现,改进后的算法在估计SOC时的RMSE和MAE性能上精度分别提高了14.44%和17.26%,结果表明改进后的算法拥有更好的稳定性和精度。     

非视距条件下的测距信息融合定位方法研究

为了改善在非视距传播条件下的定位精度,研究和提出了一种测距信息融合定位方法。在NLOS指数分布模型下,利用锚节点传感器测量来自未知节点的接收信号强度、电波到达时间和电波达到角信息,首先将3种测距信息测量值构成一个测距信息集数据库,建立有效的多级联合判决机制,然后利用各自测量量获得相关的距离信息,并进一步利用获得的测距信息进行两两联合求解,剔除异常信息,最后进行加权融合处理得到未知节点坐标。计算机仿真结果表明,本文所提定位方法能有效地抑制NLOS误差,较传统定位方法提高了定位精度。     

电池 SOC 的自适应平方根无极卡尔曼滤波估计算法

针对利用平方根无极卡尔曼算法估算电池SOC时,因噪声协方差为常量带来的误差,在平方根无极卡尔曼滤波(SR-UKF)算法的基础,改进了算法,把每次测量的输出值残差的协方差作为噪声的协方差,得到自适应平方根无极卡尔曼滤波算法,使得噪声协方差随时间的更新而更新,解决了噪声协方差为常量带来的误差。实验表明,利用自适应平方根无极卡尔曼滤波算法对在常温下电池放电过程的SOC估计,精确度在总体上得到了提高,在电池工作区间0.2≤YSOC≤0.9内估计误差在1.5%以内。自适应平方根无极卡尔曼滤波算法对电池常温放电过程的SOC估计能满足电动汽车电池SOC估计的实际要求。     

电力作业场景中一种高效的UWB和IMU融合定位算法

在电力作业场景等复杂环境中,超宽带（UWB）定位存在非直达情况（NLOS）性能下降严重的问题,利用UWB与惯性测量单元（IMU）融合可以改善定位精度,但IMU的测量存在误差累积,需要精确的UWB测量校正。对NLOS条件进行准确的鉴别和利用有助于定位精度的提升。提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的UWB/IMU融合算法,利用电力作业场合中UWB测量分布性质来判定NLOS条件,并进行误差的缓解,有效提升NLOS条件下的定位精度。由于该算法不需要对环境有先验知识,也不需要进行IMU校正等操作,可用性较好。理论和实验结果表明,该算法的性能优于其他基线系统。     

基于蛇优化算法的Otsu图像分割方法

Otsu算法是图像处理中运用广泛的图像分割方法,尽管有着计算简单、准确的特性,但因为需要进行穷举运算,所以计算效率不高。为提高图像分割的实时性,引入了蛇优化算法(SO)对Otsu进行了优化,创建了基于蛇优化算法的Otsu图像分割方法(SO-Otsu)。在该算法中,利用蛇优化算法来模拟蛇的特性进行最佳阈值的寻找,以降低迭代时间,提升计算速度。在仿真实验中,利用经典的Lena、Peppers、Goldhill、Cameraman图片进行测试,与基于果蝇优化算法的Otsu方法(FOA-Otsu)和基于麻雀搜索算法的Otsu方法(SSA-Otsu)进行对比。并通过计算峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)、特征相似性(FSIM)和计算时间作为评价指标结果进行评估。结果表明,与其他算法相比,算法计算效率高、分割细节效果好且综合分割性能优异,为提高图像分割的计算效率提供了一种理想的工具。     

基于修正 RSSI 值的四边形加权质心定位算法

在利用接收信号强度指示(RSSI)对无线传感器网络中的未知节点进行定位时,RSSI 值易受环境的影响导致定位误差, 为此提出基于 RSSI 测距修正的四边形加权质心定位算法(QWCRC)。 先对来自同一锚节点的多个 RSSI 值进行卡尔曼滤波,得 到修正的 RSSI 值,致使测距尽可能的接近真实距离;再采用四边形加权定位对未知节点进行定位,同时利用最小二乘法进行辅 助定位,此算法对于相邻锚节点圆不相交的情况给出新的解决方案。 实验结果对比表明,改进的算法相比较于四边形加权质心 算法(QWC)和 RSSI 测距修正的三角形加权算法(TWCRC),在锚节点数目 5×5 和噪声强度为 0 dbm 时,定位精度可分别提升 87. 14%和 35. 51%。     

基于 SST-SCKF 的运动目标超宽带定位算法研究

使用超宽带(UWB)进行定位过程中,卡尔曼滤波是一种常见的降噪方法,但由于对非线性系统滤波性能差,且定位目标运动轨迹易超出基站布局区域以及受到异常噪声干扰,会影响定位系统的准确性和稳定性。针对这一问题,提出一种对称强跟踪(SST)平方根容积卡尔曼(SCKF)算法,通过引入对称时变渐消因子调节各协方差矩阵,实现改变误差协方差矩阵中多重衰落因子矩阵的工作方式,进而调整滤波增益,计算复杂度虽略有增加,但增强定位模型的适应性与鲁棒性。仿真验证表明,在异常噪声干扰下,改进后的算法(SST-SCKF)相较于SCKF/多重渐消因子的SCKF(ST-ASCKF)算法可有效提高定位准确度,且定位轨迹较于单渐消因子的SCKF算法(STSCKF)更为平滑;利用SST-SCKF算法设计基于UWB技术的定位方案,通过动态模拟实验表明,本文提出的SST-SCKF算法较之SCKF/STSCKF/ST-ASCKF滤波性能更优,为复杂环境噪声下人员UWB定位提供更好的降噪,使定位更为精准。     

干扰条件下UWB三维定位算法

在室内环境下,超宽带(UWB)信号常受到遮挡物干扰影响,进而导致测量距离数据异常以及产生虚假延时,导致定位性能下降。针对这一问题,本文提出了抗干扰的UWB三维定位方法。首先,以数据间的欧式距离作预处理,建立了K-means模型剔除了错误的观测数值。其次,利用L2范数正则化方法改进了常规的最小二乘定位方法。最后,为了验证该方法的有效性,本文设计了无人机在室内三维定位的一个应用实例,在无干扰和有干扰的条件下分别收集了无人机的飞行数据,然后应用提出的数据预处理方法消除了异常的数据,并利用改进的最小二乘法对这两种情况下无人机的位置进行估计。实例结果表明本文提出方法的有效性,可在干扰环境下提高UWB三维定位精度。     

基于自适应卡尔曼滤波算法的紧组合导航系统的研究

为了提高子滤波器滤波精度和优化信息融合算法,提出一种基于在线调节因子的自适应卡尔曼滤波算法。首先讨论采用卡尔曼滤波技术的理论依据,设计SINS/GPS紧组合导航系统。提出改进的自适应卡尔曼滤波算法,该方法通过构造自适应参数因子,并利用量测噪声协方差阵与自适应参数的比值实现在线修正量测噪声协方差阵。通过MATLAB仿真,与传统基于标准卡尔曼滤波算法的紧组合导航系统相比,其各向位置误差和速度误差均得到明显降低,从而达到提高组合导航定位精度和优化信息融合算法的目的。     

基于网络分析仪的UWB频域测试

超宽带通信技术(UWB)在未来室内无线多媒体接入中有着广阔的应用前景,研究超宽带室内信道测量技术不仅有利于室内通信系统性能分析,而且有利于加速超宽带通信在民用和商用上的进程。本文在典型的办公楼室内环境下,使用矢量网络分析仪分别在LOS和NLOS场景中进行UWB信道频域测量,并用LABVIEW软件对测试数据进行拟合处理,分析计算后得到的信道参数。信道参数表明,由于室内环境复杂产生的通信阻塞效应,使NLOS场景中信道衰减比LOS场景中更大。在小尺度频域测量中,实测波形很好的反应UWB在室内传播的多径现象,并可以看出多径呈簇,相对于NLOS场景,LOS场景中多径数较少,而且多径能量损耗较小。结果表明,通过频域测试得到的信道参数满足实际信道建模,多径衰落特性与实测统计特性相符,从而验证了测试方法以及数据处理的正确性。     

基于多径信号的无线定位系统研究

为了获得更好的定位性能,研究了基于多径信号的无线定位系统及其定位方法.首先建立了定位应用系统 模型,并在多径传播环境下,由多个无线基站测得来自移动台的多径信号的电波到达时间和电波信号到达角,通过对多径产生点的处理和加权最小二乘估计,联合多次测量结果来实现移动台的准确定位.然后对影响无线定位性能较大的参数进行计算机实验仿...