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GNSS/气压计融合的室内外高程估计及室内楼层识别方法

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：陈永森柳景斌雷杰涛龚晓东黄格格武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室

精确可靠的高程信息对应急救援人员安全和无人机等应用具有重要价值。全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)在森林、城市峡谷等信号遮挡环境下高程定位结果不可靠，在室内或地下等封闭空间甚至无法定位。本文针... 详细信息

精确可靠的高程信息对应急救援人员安全和无人机等应用具有重要价值。全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)在森林、城市峡谷等信号遮挡环境下高程定位结果不可靠，在室内或地下等封闭空间甚至无法定位。本文针对GNSS高程方向定位结果受环境影响定位精度低以及在封闭空间高程信息不连续的问题，融合GNSS与气压计两种不依赖地面局部基础设施的传感器，采用抗差卡尔曼滤波实现室内外空间连续高程估计并识别楼层。本文实验表明，GNSS/气压计融合可实现室内外空间高程连续估计，高程估计精度可达亚米级，在楼层平均高度4.2米条件下基于室内外连续高程信息的楼层识别精度可达100%，楼层间高差估计平均误差为0.504米。本文提出的GNSS/气压计融合方法可实现室内外空间连续无缝高程定位，鲁棒性较强，可满足部分位置服务对高程信息的需求。

关键词：气压计抗差卡尔曼滤波高程估计楼层识别室内定位

BDS/GPS组合定位可靠性分析与粗差探测研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第2期48卷 214-223页

作者：柳景斌毛井锋吕海霞古富强李航武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 重庆大学计算机学院重庆400044 广州中海达卫星导航技术股份有限公司广东广州511400

全球导航卫星系统多系统融合定位是未来无人驾驶等智能应用的关键基础设施,无人驾驶等智能应用经常需要面对城市等复杂环境,由于受到建筑物的遮挡与多路径的影响,观测值出现误差的概率也在不断增加,因此分析多系统融合定位可靠性并进行... 详细信息

全球导航卫星系统多系统融合定位是未来无人驾驶等智能应用的关键基础设施,无人驾驶等智能应用经常需要面对城市等复杂环境,由于受到建筑物的遮挡与多路径的影响,观测值出现误差的概率也在不断增加,因此分析多系统融合定位可靠性并进行粗差的探测识别,确保定位结果准确可靠具有重要意义。基于可靠性理论与假设检验粗差探测方法,采用MGEX(multi-GNSS experiment)测站数据进行可靠性评估与粗差探测实验。实验结果表明,BDS(BeiDou navigation satellite system)/GPS(global positioning system)组合下,双频IF(ionospheric-free)组合定位解算的最小可探测粗差与最大不可探测粗差对定位的影响值较单BDS解算分别下降了7.105 m、22.368 m,双系统较单系统可靠性提升明显。BDS/GPS组合下,双频IF组合定位解算的最小可探测粗差与最大不可探测粗差对定位的影响向量较单频解算结果下降了4.105 m、1.621 m,双频数据较单频数据的可靠性更优。基于可靠性评估结果开展了模拟粗差探测实验,结果表明,双频观测值包含单粗差时,BDS粗差探测成功率与识别率分别为99.96%、90.56%;BDS/GPS组合粗差探测成功率与识别率分别为99.96%、99.05%。包含双粗差时,BDS粗差探测成功率与识别率分别为100%、65.67%;BDS/GPS组合粗差探测成功率与识别率分别为100%、71.91%。结果表明多系统组合定位能够更好地探测和识别粗差观测值。

关键词：北斗三号全球导航卫星系统多频多系统可靠性评估粗差探测融合定位

同天线不同接收机的GNSS⁃IR雪深反演分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第8期48卷 1312-1321页

作者：陈亮宇安家春王泽民柳景斌屈小川武汉大学中国南极测绘研究中心湖北武汉430079 武汉大学极地环境监测与公共治理教育部重点实验室湖北武汉430079 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)干涉遥感技术(GNSS-interferometry reflectometry,GNSS-IR)利用测量型GNSS接收机即可获取反射面信息,具有信号源丰富、采样率高等优势,被广泛应用于雪深、潮位、土壤湿度、... 详细信息

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)干涉遥感技术(GNSS-interferometry reflectometry,GNSS-IR)利用测量型GNSS接收机即可获取反射面信息,具有信号源丰富、采样率高等优势,被广泛应用于雪深、潮位、土壤湿度、海面风场、海冰探测、地表形变监测等领域的研究。然而,GNSS接收机会对接收信号进行多路径抑制,反射信号会被削弱甚至剔除,从而降低GNSS-IR技术的精度。为了探讨GNSS-IR反演中不同接收机、不同频点的影响,基于零基线模式在中国北极黄河站设计了GNSS-IR雪深反演实验,定量研究了接收机性能对雪深反演精度的影响。首先,在站上布设了和芯星通接收机和天宝接收机,并通过功分器共用同一个天线,这样可以获得反射面完全相同的多接收机、多频点观测值;然后,对两台接收机在3个GPS频点下的日均反演结果进行比较以便验证反演策略的有效性,并通过单次反演结果对比分析不同接收机反演效果的差异。结果表明,多个接收机、多个频点都能成功反演雪深值,其偏差基本上在3 cm以内。但是,尽管反射面完全相同,两个接收机之间、3个频点之间的雪深反演仍然存在一定差异,尤其在积雪变化迅速的时段这种差异更大,这也意味着在高精度的GNSS-IR反演中不能忽略接收机性能的影响。

关键词： GNSS干涉遥感技术信噪比雪深反演同天线不同接收机

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低成本毫米波雷达的室内自定位方法

武汉大学学报（信息科学版） 2023年第9期48卷 1399-1408页

作者：柳景斌王泽民吕轩凡李维尹斐仇宏煜武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

毫米波雷达已广泛应用于汽车工业等领域,但其用途主要局限于障碍物或特定任务的环境感知方面。目前将低成本单芯片毫米波雷达用于导航定位领域的研究还较少。首先研究了毫米波雷达的原始数据处理原理,然后设计了一种基于低成本单芯片毫... 详细信息

毫米波雷达已广泛应用于汽车工业等领域,但其用途主要局限于障碍物或特定任务的环境感知方面。目前将低成本单芯片毫米波雷达用于导航定位领域的研究还较少。首先研究了毫米波雷达的原始数据处理原理,然后设计了一种基于低成本单芯片毫米波雷达的室内自定位方法。该方法利用DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)算法提取质心特征点,通过最近邻准则匹配质心特征点对,构造非线性优化函数以及使用列文伯格-马夸尔特方法求解定位结果。实验证明,利用低成本单芯片毫米波雷达可以实时进行室内导航定位解算。在静止条件下,其平均水平定位精度可达亚厘米级(均值为0.82 cm,标准差为0.47 cm);在动态条件下,其绝对轨迹误差可达0.66 m,平均航向角误差可达4.58°,可以说明低成本毫米波雷达自定位的可行性。最后还讨论了低成本毫米波雷达在导航定位中存在的问题及可行的研究思路。

关键词：室内自定位毫米波雷达数据处理毫米波雷达室内定位

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室内高精度定位技术总结与展望

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第7期47卷 997-1008页

作者：柳景斌赵智博胡宁松黄格格龚晓东杨盛武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

高精度的室内定位技术对于国民经济发展具有非常重要的意义。近年来,随着位置服务需求逐渐增加,技术不断发生迭代,室内定位向着高精度和无缝持续发展。在卫星信号无法覆盖室内的情况下,高精度室内定位技术成为研究热点,发展出多种定位... 详细信息

高精度的室内定位技术对于国民经济发展具有非常重要的意义。近年来,随着位置服务需求逐渐增加,技术不断发生迭代,室内定位向着高精度和无缝持续发展。在卫星信号无法覆盖室内的情况下,高精度室内定位技术成为研究热点,发展出多种定位源和对应的定位原理。针对高精度室内定位技术的最新发展现状,依据不同定位原理分为基于几何关系、指纹匹配、增量估计和量子导航的高精度定位方法,并对各类方法的定位原理进行了介绍,对当前技术发展进行探讨和分析,总结出高精度室内定位技术的特点,探讨出多源化、智能化、大众化的未来发展趋势。

关键词：室内定位高精度定位融合定位行人导航环境感知定位

智能手机Wi-Fi往返时间测距室内定位方法

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测绘科学 2022年第9期47卷 20-31页

作者：白羽柳景斌杨晨云鹂姚尧武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 武汉市梦芯科技有限公司武汉430075

针对室内活动场景下,额外布设定位基站成本较高,应用范围有限,基于手机的室内高精度位置服务需求难以满足的问题。考虑到Wi-Fi在全球网络中的广泛部署及智能手机内置多种运动传感器,本文实现了基于Wi-Fi RTT测距信息和手机内置多传感器... 详细信息

针对室内活动场景下,额外布设定位基站成本较高,应用范围有限,基于手机的室内高精度位置服务需求难以满足的问题。考虑到Wi-Fi在全球网络中的广泛部署及智能手机内置多种运动传感器,本文实现了基于Wi-Fi RTT测距信息和手机内置多传感器的实时室内定位方法,并在室内进行静态和动态定位实验。实验结果表明:该算法无论是定位精度还是定位准度都优于仅依赖于Wi-Fi RTT测距信息的Wi-Fi RTT LS算法和Wi-Fi RTT UKF算法,平均定位误差为1.16 m,最大定位误差为2.14 m。

关键词： Wi-Fi往返时间室内定位智能手机测距

一种基于UWB位置感知的室内人员安全管控方法

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测绘科学 2023年第6期48卷 38-48页

作者：刘德龙柳景斌龚晓东邓浩坤武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079

针对工厂、园区、工地等复杂环境中人员安全管控中人员安全管控难题,亟需智能化的人员安全管控方法的情况,该文提出了一种高效率、易于实地部署的基于超宽带(UWB)位置感知的人员安全管控方法。该方法采用可能含有系统误差的UWB测距值为... 详细信息

针对工厂、园区、工地等复杂环境中人员安全管控中人员安全管控难题,亟需智能化的人员安全管控方法的情况,该文提出了一种高效率、易于实地部署的基于超宽带(UWB)位置感知的人员安全管控方法。该方法采用可能含有系统误差的UWB测距值为观测数据,包含UWB区域识别算法和UWB电子围栏算法两部分,它们使用相同的UWB基站组。该位置感知方法不同于传统的UWB三角定位技术,无需现场测量基站坐标,减少了现场实施基站部署的工作量;同时,相较于UWB指纹定位技术,该文所用方法无需对定位区域划分格网点进行长时间的静态指纹采集,减少了指纹采集的工作量,提高了指纹采集的工作效率。该文提出的基于机器学习的区域识别算法精度优于99.9%,穿越电子围栏事件的识别成功率优于99%。算法消耗的计算资源较少,可在胸牌等嵌入式物联网设备上实现,能够满足室内人员安全管控的需求。

关键词： UWB技术室内定位区域识别电子围栏安全管控

基于移动指纹采集的手机自适应压缩感知室内定位方法

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武汉大学学报(信息科学版) 2023年

作者：杨帆柳景斌龚晓东黄格格刘德龙毛井锋武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室广东电网有限责任公司韶关供电局

基于接收信号强度指示指纹的定位方法需要预先建立定位区域指纹库，传统静态采集指纹库的建立更新需要大量的人力和时间并且定位一致性容易受终端差异（如指纹采集手机与定位手机硬件不同导致接收信号差异）影响，使得这种方法的大范围... 详细信息

基于接收信号强度指示指纹的定位方法需要预先建立定位区域指纹库，传统静态采集指纹库的建立更新需要大量的人力和时间并且定位一致性容易受终端差异（如指纹采集手机与定位手机硬件不同导致接收信号差异）影响，使得这种方法的大范围推广使用变得异常艰难。针对以上问题，本文通过移动行走过程中采集的RSSI指纹建立对应的移动采集指纹库，根据移动采集指纹特征构建特征向量，提出移动采集指纹稀疏特征表征，建立基于自适应压缩感知算法的指纹匹配室内定位模型。试验结果表明，指纹采集效率提升了90.83%，平均定位误差为1.96 m，均方根误差为2.75 m，定位一致性差异误差平均提高了32.67%。本文所提方法在指纹采集效率、定位精度及不同手机的定位一致性方面优于现有算法。

关键词：室内定位泛在无线信号移动采集指纹库硬件异构自适应压缩感知

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NeQuick模型算法研究及性能比较

武汉大学学报（信息科学版） 2018年第3期43卷 464-470页

作者：韩玲王解先柳景斌同济大学测绘与地理信息学院武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉大学地球空间信息技术协同创新中心

研究了NeQuick2算法改进及其实现方法,从不同角度分析了NeQuick2模型在全球区域和中国区域内的性能优势。一个太阳活动周期内,中国区域NeQuick2模型计算的电子总含量(total electron content,TEC)比NeQuick1模型精度有显著提升,改正精... 详细信息

研究了NeQuick2算法改进及其实现方法,从不同角度分析了NeQuick2模型在全球区域和中国区域内的性能优势。一个太阳活动周期内,中国区域NeQuick2模型计算的电子总含量(total electron content,TEC)比NeQuick1模型精度有显著提升,改正精度与太阳活动水平具有较强的相关性,低年比高年的改善效果更为显著。以全球电离层数据(global ionosphere maps,GIM)为参考标准,中国中高纬区域太阳活动低年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了76%,年平均均方根(root mean square,RMS)值减少了约72%。太阳活动高年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了38%,平均RMS减少了13%左右,且中高纬区域改正精度优于低纬区域11%~13%。全球区域太阳活动峰值期间NeQuick2模型TEC比NeQuick1模型日平均偏差改善了25%,日平均RMS改善了30%左右。分别用NeQuick1和NeQuick2模型得出F2层顶部区域在太阳活动峰值期电子密度随高度剖面分布,顶部电子密度剖面精度改善近40%。最后分别得出了两个模型中国区域中高纬地区E和F1层区域在100km、150km和200km高度的电子密度分布图,结果显示NeQuick2模型改善了电子密度分布状况,有效避免了NeQuick1在底部区域电子密度梯度不连续以及电离层异常结构的情况。

关键词： NeQuick模型电离层电子密度剖面电子总含量伽利略卫星导航