發(fā)布時間：2020-06-11 22:17

【摘要】：近年來,隨著科學與技術的發(fā)展,位置服務(Location-Based Service,LBS)在人們的生活中扮演著越來越重要的角色,并由于其廣闊的應用前景受到了國內外的廣泛關注。盡管全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)已經(jīng)在近年來成為室外定位的最佳解決方案,然而在室內環(huán)境中,由于定位環(huán)境的動態(tài)性和復雜性,精確可靠地進行室內定位仍然是一個很大的難題。作為面向5G的關鍵候選技術,設備到設備通信(Device to Device,D2D)對于室內定位可以增加定位目標的視距(Line of Sight,LOS)信號的幾率,對于解決非視距(Non Line of Sight,NLOS)問題、提高定位精度等方面有廣泛的應用前景,故受到了廣泛關注。本文為解決非視距與視距混合環(huán)境下室內定位精度不足的問題,提出了一種基于測距信號與行人航跡推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)的概率位置選擇算法(Probabilistic Position Selection Algorithm,PPSA);為解決極端環(huán)境中移動終端接收定位信號數(shù)量不足難以定位的問題,利用面向5G移動通信系統(tǒng)中D2D技術,研究了多終端下的協(xié)同定位技術以及其協(xié)同節(jié)點優(yōu)選方案,并提出了一種應用于無線網(wǎng)絡的基于區(qū)域最優(yōu)化與節(jié)點優(yōu)選的和積算法(Area Optimization And Node Selection Based Sum-product Algorithm over a Wireless Network,AN-SPAWN)。具體工作如下:首先,本文針對復雜室內環(huán)境中現(xiàn)有室內定位方案精度不足的情況,提出了一種基于測距信號和PDR的概率位置選擇算法。為解決定位過程中存在的非視距因素,提出了一種基于測距信號與PDR的非視距識別方案來分析信號的信道傳輸狀態(tài)。實驗結果表明,本文提出的算法在視距與非視距混合場景中比傳統(tǒng)定位方法具有更高的定位精度,并且對非視距誤差具有更好的抵抗能力。在本文所構建的實驗環(huán)境下,PPSA較傳統(tǒng)的三邊與PDR混合算法(Trilateration+PDR)、最大似然估計與PDR混合算法(MLE+PDR),其平均定位精度分別提高了49.62%與60.45%。然后,針對定位節(jié)點稀疏網(wǎng)絡中定位終端接收不到足夠定位信號等極端場景下,在前文提出的概率位置選擇算法的基礎上結合無線網(wǎng)絡下的和積算法(Sum-product Algorithm Over A Wireless Network,SPAWN)提出一種基于藍牙和5G信號的協(xié)同定位方案。為降低該協(xié)同定位算法的復雜度,濾除對定位貢獻度不大的協(xié)同節(jié)點并構建最優(yōu)協(xié)作集群,提出來一種基于克拉美羅下界與非視距識別的協(xié)同節(jié)點優(yōu)選方案。實驗與仿真結果表明,本文提出的協(xié)同定位算法較傳統(tǒng)協(xié)同定位算法在定位精度、抗非視距誤差以及算法復雜度等方面上得到了提升。在本文構建的協(xié)同定位仿真環(huán)境中,本文所提出的AN-SPAWN協(xié)同定位算法較H-SPAWN與SPAWN,在非視距概率為0的情況下,其平均協(xié)同定位精度分別提高了38.87%和46.73%。
【圖文】：

該技術對于提高定位性能主要有以下兩點好處：首先，大量的附加連接外的信號觀測量，可以利用這些額外觀測量來確定移動終端之間的偽距通信功能的實現(xiàn)本質上就是相互接收周圍終端的信號。Ｄ２Ｄ通信的信號，特別是同步和信道估計單元，也可以用于進行信號傳播時延估計。Ｄ２今天的移動蜂窩系統(tǒng)提供了網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，而不是星形結構。對于一個絡，假設此時終端數(shù)量為Ｎ，Ｄ２Ｄ連接的數(shù)量為Ｎ（Ｎ－１）。因此，當處知的移動終端數(shù)量線性增長時，Ｄ２Ｄ連接數(shù)量將平方式增長，Ｄ２Ｄ鏈于諸如低信噪比、非視距、嚴重多徑以及壞幾何等不利傳播條件下的鏈夠的觀測冗余量，甚至可以估計諸如非視距偏差項的額外未知因素。其次端間額外的Ｄ２Ｄ通信連接可以用來在協(xié)同定位時直接交換定位信息，用物理層的信息交換可用來加速局部決策。此外，諸如移動終端間的位（包括位置估計的不確定性）或者鄰居節(jié)點自身的移動信息等高層信息也進行信息交換，這些信息對于提高移動終端位置估計過程的收斂時間具義。逡逑

因此，移動終端之間無法相互直接觀察其發(fā)射信號（在時分雙工（Ｔｉｍｅ逡逑Ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋Ｄｕｐｌｅｘ，邋ＴＤＤ）傳輸中，上行鏈路和下行鏈路共用一個頻段，相互信號觀逡逑測是內在可能的）。如圖１－２，邋Ｄ２Ｄ作為５Ｇ中一項大規(guī)模使用的技術，將在室逡逑內定位領域發(fā)揮巨大的作用。協(xié)同定位可以提高終端在復雜室內環(huán)境下視距定位逡逑節(jié)點不足時的定位精度和可靠性，，在節(jié)點稀疏和功率有限網(wǎng)絡中較非協(xié)同定位具逡逑有性能優(yōu)勢。協(xié)同定位算法是針對于網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構所提出的一種用以估計傳感器逡逑位置的定位算法。協(xié)同定位要求在移動終端之間可以直接地進行信號的傳輸與接逡逑收。這種直接的信號交換在一方面能夠確定終端間的距離，在另一方面可以用于逡逑直接進行協(xié)同定位算法相關信息的交換。因此，可以使用基于Ｄ２Ｄ的協(xié)同定位逡逑算法來增加觀測量從而達到提高視距節(jié)點數(shù)量的要求ｔ２９］。逡逑１逡逑ｊ逡逑ＢＳｉ逡逑、、、、Ｊ｜邋ＭＴ２逡逑ＭＴｉ邐＼邐ＢＳ３逡逑Ｔ邋＾邋Ｑ卜，逡逑��！逡逑ｊ邋Ｉ逡逑ｊ邋ＢＳ２逡逑／、如Ａ逡逑圖１－２協(xié)同定位示意圖逡逑４逡逑
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2708551