基于GNSS/UWB异构网络切换的室内外无缝定位方法及应用

作     者：刘泽辉 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：盛孟刚

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：无缝导航 网络切换 异构网络 联合定位 

摘      要：随着城市内复杂楼宇的不断建设,在室内外融合区域下人们对于导航定位的需求日益突出。在室外区域可使用卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）方便快捷的获取定位结果,但由于建筑物的遮挡,GNSS信号变弱,服务范围也会随之变小,因此在室内无法持续提供稳定的定位服务,同时因基站架设成本等问题,目前更为成熟、定位精度更高的众多室内定位技术却无法在室外为用户提供连续、稳定的位置服务。这就要求导航系统在室内外融合区域下能够提供平滑稳定的定位服务。通过分析与对比,传统的无缝导航系统各自存在着运算复杂性高、考虑状态参数较少等问题,为此本课题在室外与室内分别采用GNSS与超宽带（Ultra Wideband,UWB）作为导航网络,提出一种基于利用异构网络多源信息的室内外无缝导航算法,能够在融合区域下提供稳定的定位服务。对于室内外无缝导航中的网络选择问题,提出一种移动轨迹单向性约束下的异构导航网络切换算法（Path Constraints Network Handoff,PCNH）,对采集得到的SNR、RSS等相关参数进行归一化,并在终端的移动轨迹中,针对室内、室外、室内外融合三种不同区域的定位场景,选取三个轨迹点作为网络中心。在路径移动方向的约束下,计算每个轨迹点分别到不同网络中心的欧氏距离,将其聚类到所属的定位场景下,从而完成室内外无缝导航的网络切换。试验结果中表明,PCNH不仅能够有效抑制乒乓效应,而且提升网络切换的准确率。针对室内外融合区域下使用异构网络进行联合定位,卫星伪距远大于UWB测距距离导致定位误差较大的问题,提出一种多源测距信息融合的异构网络定位算法（PCEUOM）,首先解析卫星星历,获取基准站的星站间距与伪距观测量,进而计算卫星伪距修正项,通过多星座的联合定位模型,构建GNSS/UWB异构系统的观测方程,最终完成位置解算。实验结果表明,多源测距信息融合的定位算法与未进行伪距优化的定位算法相比,在融合区域内定位精度有较大提升,验证了该算法的有效性与实用性。