基于多径环境信息辅助的TOA/AOA室内定位方法研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ling_cheng
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无线通信发展推动着“万物互联”时代的到来,基于位置信息的服务对智慧互联的建设工作具有很重要的作用与意义。卫星定位导航在室外应用广泛,但在室内由于其环境的限制,无线信号容易受到多径与非视距传播等诸多不利因素的影响,要做到精准可靠的定位面临着很大的挑战。并且大量室内场景需要位置服务,高性能定位方案的需求迫切,对多径和非视距误差的处理是解决问题的关键,也是相关研究的重点与热点。本文基于室内多径环境信息,从误差补偿和路径辅助两个方向,研究了定位方法的改进与优化方法。首先,论文查阅了国内外许多研究学者的相关文献,阐述了多径环境下无线定位技术的国内外发展现状,介绍了无线定位技术的基础理论,并简要概述和分析了室内定位中存在的问题。然后,对于室内视距(LOS)以及混合环境下的多径误差,在已知室内平面图的基础上,针对多径误差的地域和时变特性,提出一种基于误差模型的动态补偿误差的方法。方法分为离线建模和在线定位两个阶段,离线阶段:首先网格化定位区域,采集各网格到达时间(TOA)偏差数据,然后通过学习的方法来拟合偏差模型,求解并保存模型的参数作为偏差模型库。在线阶段:在初定位匹配到对应网格并利用偏差模型生成各顶点的误差补偿值,用到达角度(AOA)参数值偏离网格顶点角度范围的比例作为各补偿值的权重,然后用补偿之后的数据重新定位来修正估计位置,减小定位误差。仿真和实验的结果都表明,所提方法对比其他方法定位精度有明显提高,并且在不同程度的干扰噪声下,系统性能表现稳定。接下来,对于不存在视距路径的纯NLOS环境,本文基于散射路径和偏差因子,针对传统方法在可能的位置线(LPMD)相互平行或区域平行的情况下,其定位误差增大甚至无法定位的弊端进行了改进。算法将LPMD分布情况分为三类,分别构建每种情况对应的可能的位置区域。在区域内寻找最优估计位置,提出了一种新的分步二分查找法,根据已知信息反推散射点位置,在可能的位置区域的中轴线上二分查找其与测量数据误差最小的点,然后在此点上作区域中轴线的垂线,再以同样的二分查找法在垂线上确定估计位置,不仅可以降低算法的复杂度,而且提高了区域内的定位精度的。并分别通过仿真和实验,对比了原有方法和所提方法的定位精度,验证了算法的定位性能。最后,回顾并总结本文的研究工作,但方案中仍存在值得改进的地方,并根据这些不足之处规划了未来的研究工作。
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