本文關鍵詞：室內環(huán)境下基于UWB技術的定位研究與系統(tǒng)實現(xiàn)

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【摘要】：室內定位應用需求廣泛,傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)應用于室內信號衰減嚴重,無法解決室內定位的問題。由于測距精度高且穿透性能好,超寬帶技術逐漸成為室內環(huán)境下高精度定位實現(xiàn)的優(yōu)選技術之一。但在超寬帶定位中,非視距測距導致定位精度降低的問題亟待解決,同時成本較高限制了定位系統(tǒng)大規(guī)模布置超寬帶節(jié)點。本文從室內高精度定位需求出發(fā),研究室內環(huán)境中較少錨節(jié)點下的超寬帶精確定位方法。本文研究了測距路徑的鑒別方法,針對室內環(huán)境中測距可能包括視距和非視距的情況,采用機器學習算法實現(xiàn)對測距路徑的高準確度鑒別,研究了對高維特征量如何選取最能區(qū)分測距路徑的特征參量。基于鑒別結果研究采用加權定位算法,對誤差更大的非視距測距值賦予更低權重,以提高定位精度。對于大多數(shù)或全部測距為非視距時,基于鑒別的定位精度提升并不明顯,本文研究了基于機器學習的非視距誤差消除方法,對于通用的最小二乘支持向量機回歸方法會耗費大量時間訓練樣本庫的缺陷,本文提出了基于最近鄰居法的低復雜度誤差消除方法,并分析了誤差消除方法用于定位中對定位精度的影響。本文也研究了極端環(huán)境下的目標跟蹤方法,對于目標移動到一定區(qū)域后測距信道嚴重衰減,部分節(jié)點無法測距導致可用測距數(shù)目低于最低定位要求,本文基于測距值和運動預測進行數(shù)據(jù)融合,運用擴展卡爾曼濾波實現(xiàn)對目標的繼續(xù)跟蹤,進而分析了使用這種方法獲得的跟蹤精度。最后,本文基于超寬帶測距節(jié)點,設計了定位系統(tǒng)架構并編寫可視化定位軟件,在實際定位應用場景中,實現(xiàn)對目標的高精度定位。本文的研究成果可以為實現(xiàn)室內環(huán)境下超寬帶高精度定位提供理論參考,同時定位系統(tǒng)的設計與開發(fā)可以對超寬帶定位系統(tǒng)商業(yè)化做出有益探索。
【關鍵詞】：超寬帶定位 非視距鑒別 誤差消除 擴展卡爾曼濾波跟蹤
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題研究背景及來源8-9
• 1.2 課題研究目的和意義9-10
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀與分析10-12
• 1.3.1 UWB定位機制研究現(xiàn)狀10
• 1.3.2 NLOS鑒別與誤差消除研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3.3 目標跟蹤研究現(xiàn)狀11-12
• 1.4 本文研究主要內容12-14
• 第2章 超寬帶定位基礎14-24
• 2.1 超寬帶技術介紹14-16
• 2.1.1 超寬帶概念14-15
• 2.1.2 超寬帶特點及應用15-16
• 2.2 定位算法16-20
• 2.2.1 最小二乘法16-18
• 2.2.2 加權最小二乘法18
• 2.2.3 非線性迭代法18-20
• 2.3 目標跟蹤濾波20-23
• 2.3.1 卡爾曼濾波20-21
• 2.3.2 擴展卡爾曼濾波21-23
• 2.4 本章小結23-24
• 第3章 NLOS鑒別及誤差消除24-39
• 3.1 引言24
• 3.2 超寬帶信號特征提取24-27
• 3.2.1 超寬帶信號模型24
• 3.2.2 超寬帶信號特征24-27
• 3.3 基于LS-SVM分類的NLOS鑒別27-33
• 3.3.1 LS-SVM分類算法介紹27-29
• 3.3.2 基于LS-SVM的UWB信號鑒別29-31
• 3.3.3 基于F-分值法的訓練集特征選擇31-33
• 3.4 基于機器學習算法的NLOS誤差消除33-38
• 3.4.1 LS-SVM回歸算法介紹33
• 3.4.2 基于LS-SVM回歸的NLOS誤差消除33-36
• 3.4.3 基于k-NN的低復雜度NLOS誤差消除36-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第4章 定位性能驗證與系統(tǒng)開發(fā)39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 NLOS環(huán)境下的超寬帶定位仿真39-43
• 4.2.1 基于NLOS鑒別的定位39-41
• 4.2.2 基于NLOS誤差消除的定位41-43
• 4.3 基于EKF的極端環(huán)境下目標跟蹤43-45
• 4.4 超寬帶定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn)45-49
• 4.4.1 超寬帶測距模塊介紹46-47
• 4.4.2 定位系統(tǒng)架構47-48
• 4.4.3 定位系統(tǒng)界面及定位效果48-49
• 4.5 本章小結49-50
• 結論50-51
• 參考文獻51-55
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果55-57
• 致謝57

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