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基于粒子滤波算法的室内跟踪技术研究

基于粒子滤波算法的室内跟踪技术研究

作者：刘菁宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着人们对位置感知服务的需求日益增加,高精度的室内位置获取逐渐成为位置服务的核心内容。同时由于WLAN的灵活性、移动性和简单的点对点技术等有优势,使得基于WLAN的位置服务系统逐渐成为研究热点。而在实际中,对动态用户的实时位置... 详细信息

随着人们对位置感知服务的需求日益增加,高精度的室内位置获取逐渐成为位置服务的核心内容。同时由于WLAN的灵活性、移动性和简单的点对点技术等有优势,使得基于WLAN的位置服务系统逐渐成为研究热点。而在实际中,对动态用户的实时位置信息也是十分重要的,室内跟踪技术也正是基于此原因得到了快速的发展。粒子滤波算法由于其在非线性、非高斯模型中所表现出的优良性能,使得其越来越受到人们的重视。因此,本文主要研究基于粒子滤波算法的WLAN室内跟踪技术,并通过对粒子滤波算法的改进来寻找提高室内跟踪精度的算法。WLAN室内跟踪技术分为两个阶段:离线阶段和在线阶段。离线阶段,通过在参考点上测量信号得到信号覆盖图,建立模型并存储位置指纹信息;在线阶段,待跟踪的用户通过无线采集终端得到实时信号强度,利用特定的跟踪算法在信号覆盖图内搜索完成对位置的估计。本文针对粒子滤波算法提出了两种改进算法:基于粒子位置优化和基于插值优化的粒子滤波跟踪算法。首先,本文概述了WLAN室内跟踪系统的模型。分析了基于定位技术的跟踪算法和卡尔曼滤波跟踪算法两种传统跟踪方法,研究了粒子滤波算法。了解在室内环境下,这传统方法的优势和劣势,进一步引出了将粒子滤波算法应用于WLAN室内环境下的优势及必要性。其次,本文通过室内WLAN粒子滤波跟踪算法的数学模型的研究,提出了基于粒子位置优化和基于插值优化的粒子滤波跟踪算法的改进方法,解决如何获取粒子点处的信号强度值的问题。前者通过将参考点处的信号强度近似分配到粒子点上;后者则根据空间相关性通过参考点信号强度插值得到粒子点的信号值,通过改进算法得到粒子点处完整的信号强度值。之后通过直方图法和核函数法得到粒子点处的概率密度分布,实现的对移动终端的位置估计。最后,本文通过实际环境的测试和实验仿真,利用现有的室内跟踪算法和改进的粒子滤波跟踪算法来完成跟踪,对以上方法进行了比较分析,验证了改进方法的效果,同时也为课题的应用提供了不同的改进粒子滤波跟踪技术。

关键词：室内跟踪粒子滤波粒子位置优化插值优化

基于改进粒子滤波的WLAN室内跟踪算法研究

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基于改进粒子滤波的WLAN室内跟踪算法研究

作者：韩军义哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的发展,位置服务的需求也大幅增加,高精度的室内位置估计逐渐成为位置服务的核心内容。对于WLAN（Wireless Local Area Network）室内定位系统,由于其覆盖范围越来越广,系统中也不需要添加额外的位置估计硬件,因此获得了... 详细信息

随着计算机技术的发展,位置服务的需求也大幅增加,高精度的室内位置估计逐渐成为位置服务的核心内容。对于WLAN（Wireless Local Area Network）室内定位系统,由于其覆盖范围越来越广,系统中也不需要添加额外的位置估计硬件,因此获得了最广泛的关注。而移动体的实时位置信息同样是十分重要的,室内跟踪技术也因此得到了快速的发展。然而在WLAN室内定位系统中,由于噪声和信道多径特性的影响,传统的位置指纹技术利用的信息较少,只能提供静态的匹配,并不能提供精确定位。因此在WLAN室内定位系统中进行精确跟踪便成为一个研究重点。基于粒子滤波的估计理论可以很好的用来进行跟踪,因为它相比位置指纹技术利用了更多的信息,如移动体的速度和噪声分布等信息。因此本文为了提高WLAN室内定位系统的跟踪精度进行了以下研究: 首先,本文研究了粒子滤波算法的原理和基本流程,分析了WLAN室内定位系统的特点,介绍了结合粒子滤波算法和模式匹配算法的WLAN室内粒子滤波优化跟踪算法,并提出初始化加速收敛处理方法,通过仿真对算法的跟踪性能进行了研究。其次,分析了上述粒子滤波优化算法及传统的模式匹配算法存在的问题,研究了非参数密度估计技术,由此提出了基于非参数化粒子滤波的WLAN室内跟踪算法。最后,进一步通过引入辅助粒子滤波解决了粒子滤波的退化问题,提出了基于非参数化辅助粒子滤波的WLAN室内改进跟踪算法。同时通过真实WLAN环境下的仿真分析了本文所提的非参数粒子滤波和非参数辅助粒子滤波算法的跟踪性能,并与传统算法的性能进行了对比。

关键词：粒子滤波辅助粒子滤波非参数密度估计 WLAN 室内跟踪

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一种采用距离/距离变化率的室内跟踪算法

齐鲁工业大学学报 2015年第1期29卷 40-43页

作者：刘钰洁邱书波齐鲁工业大学电气工程与自动化学院山东济南250353

为了提高室内跟踪模型的精度和可靠性,本文提出了一种采用距离/距离变化率的改进型模型。这种模型采用扩展卡尔曼滤波(EKF)对盲节点的位置和速度进行最优估计,并且盲节点到参考节点的距离及其对应的距离变化率作为EKF的观测量。同时,本... 详细信息

为了提高室内跟踪模型的精度和可靠性,本文提出了一种采用距离/距离变化率的改进型模型。这种模型采用扩展卡尔曼滤波(EKF)对盲节点的位置和速度进行最优估计,并且盲节点到参考节点的距离及其对应的距离变化率作为EKF的观测量。同时,本文还将提出模型的能观性与传统模型进行了比较分析。仿真结果表明,与传统模型相比较,本文提出的模型对位置和速度的预估精度有明显提高。

关键词：扩展卡尔曼滤波室内跟踪距离变化率能观性.

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基于WSN的室内跟踪模型的性能分析

可编程控制器与工厂自动化 2015年第5期 84-86页

作者：刘钰洁齐鲁工业大学电气工程与自动化学院

为了研究基于无线传感器网络的室内跟踪模型的定位精度和可靠性,本文对位置模型、位置速度模型、距离模型、距离/距离变化率四种模型在理论研究和仿真模拟两方面进行了比较分析。仿真结果表明,与位置模型、位置速度模型、距离模型三种... 详细信息

为了研究基于无线传感器网络的室内跟踪模型的定位精度和可靠性,本文对位置模型、位置速度模型、距离模型、距离/距离变化率四种模型在理论研究和仿真模拟两方面进行了比较分析。仿真结果表明,与位置模型、位置速度模型、距离模型三种传统模型相比,距离/距离变化率模型对位置和速度的预估精度明显高于其他三种传统模型。

关键词：室内跟踪 WSN 距离变化率扩展卡尔曼滤波器

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基于WSN的室内跟踪模型的性能分析

可编程控制器与工厂自动化（PLC FA） 2015年第5期 84-86,83页

作者：刘钰洁齐鲁工业大学电气工程与自动化学院

关键词：室内跟踪 WSN 距离变化率扩展卡尔曼滤波器

基于Wi-Fi信道状态信息的室内定位与跟踪

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基于Wi-Fi信道状态信息的室内定位与跟踪

作者：王学梅北京交通大学

学位级别：硕士

随着移动通信技术的迅速发展和无线设备的大规模普及,各种基于位置的服务(Location-Based Service,LBS)越来越多地出现在人们的日常生活中,而准确的位置信息是高质量LBS的前提。目前,室外卫星定位技术已相对成熟,但室内定位仍面临诸多... 详细信息

随着移动通信技术的迅速发展和无线设备的大规模普及,各种基于位置的服务(Location-Based Service,LBS)越来越多地出现在人们的日常生活中,而准确的位置信息是高质量LBS的前提。目前,室外卫星定位技术已相对成熟,但室内定位仍面临诸多问题。针对室内卫星信号弱、环境复杂的情况,出现了基于计算机视觉、专用雷达、地磁、Wi-Fi等的室内定位方案,而Wi-Fi因其广泛的部署以及无需用户佩戴专用设备的优势脱颖而出。Wi-Fi定位主要涉及两种信号:接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)和信道状态信息(Channel State Information,CSI)。其中,CSI包含比RSSI更多的信息且更加稳定,定位精度普遍优于RSSI。因此,本文面向室内场景,对基于Wi-Fi CSI的人员静态定位和动态跟踪进行研究。本文的主要研究内容如下:对于单链路单目标且目标不佩戴任何设备的室内静态场景,本文提出了基于区分子载波宽度学习系统(Broad Learning System,BLS)和改进朴素贝叶斯的室内静态定位方案。该方案的研究点集中于两方面:区分子载波的BLS和改进朴素贝叶斯算法。区分子载波BLS将CSI幅度按子载波进行分组,不同组的CSI幅度采用不同的权重系数进行映射,与原来将所有数据合并处理的方式相比,进一步缩短了训练时间,同时有一定的精度提升。改进朴素贝叶斯算法首先在基于幅度朴素贝叶斯算法的指纹数据库中添加不同位置的系数与特征向量;然后,引入去噪后的CSI相位信息进行定位;最后,通过置信度融合幅度与相位的定位结果。在实测数据集上,本文提出的指纹定位方案相较于已有的BLS和基于幅度的朴素贝叶斯定位方案精度有明显提升,在6m×5m的会议室场景中,平均定位误差为0.805m。本文进一步对目标运动的室内动态场景进行研究,提出了一种单人运动下的室内动态跟踪方案。该方案首先利用不同天线CSI做商估计多普勒频移(Doppler Frequency Shift,DFS)和飞行时间。然后,对现有室内跟踪多参数联合估计的空间交替广义最大化算法(Space Alternating Generalized Expectation Maximization,SAGE)进行改进,将CSI商计算得到的DFS作为SAGE算法目标径的DFS,并且在迭代过程中保持不变。最后,介绍了采用无迹卡尔曼滤波跟踪目标的方法。实验结果表明,在本文搭建的环境下,平均跟踪误差为0.779m,特定场景为0.488m。综上所述,本文针对室内单链路单目标且目标不佩戴任何设备的定位跟踪问题,提出了相应的定位跟踪方案。实验结果表明,本文方案可以达到一个比较好的定位跟踪精度,且相较于对比方案都有显著性能提升。

关键词： Wi-Fi感知 CSI 室内定位室内跟踪单链路

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基于UWB的小区域目标跟踪技术的研究

基于UWB的小区域目标跟踪技术的研究

作者：刘钰洁齐鲁工业大学

学位级别：硕士

与传统意义上的目标定位技术相比,无线传感器网络可以实现目标的更高精度的定位。因此本文是在WSN的基础上,对小区域目标定位跟踪技术进行研究的。目前应用最多也是我们最常听说到的定位方法是GPS,无论是在军事还是日常生活上。但是由... 详细信息

与传统意义上的目标定位技术相比,无线传感器网络可以实现目标的更高精度的定位。因此本文是在WSN的基础上,对小区域目标定位跟踪技术进行研究的。目前应用最多也是我们最常听说到的定位方法是GPS,无论是在军事还是日常生活上。但是由于像矿井、医院、大坝底部控制室等室内的封闭小区域信道环境复杂,GPS定位已经不再合适。因此需要我们研究新的适合这种类似场所的定位跟踪技术。为了实现在室内等小区域的高精度定位跟踪,本文提出了一种采用距离/距离变化率定位算法的跟踪系统,主要完成了以下几方面工作:(1)研究分析几种常见的短距离无线通信技术,对比分析其各自优缺点后最终采用UWB技术;通过研究分析几种常用的无线定位算法,用TOA定位算法实现目标定位;通过研究几种常用数据融合技术,选用适合动态目标跟踪的KF/EKF方法。(2)研究讨论LS模型的定义,并通过Matlab仿真对其算法进行算法性能分析,通过不断增大测距噪声来研究其对噪声的敏感程度及定位精度。(3)对于基于位置的UWB无线定位算法,首先研究其滤波模型设计,然后通过Matlab仿真对其算法进行性能分析。通过增大测距噪声来对比分析LS模型和位置算法对噪声的敏感程度和两种算法的定位精度。(4)在研究基于距离的UWB无线定位算法时,首先进行滤波模型设计,说明本文采用的EKF方程,其次通过Matlab仿真对其算法进行性能分析。算法性能分析主要是从不同测距噪声下LS模型、位置算法以及距离算法的敏感程度入手,根据仿真数据分析三种算法的定位精度及稳定性。(5)重点研究本文提出的采用距离/距离变化率的UWB无线定位算法。首先说明该模型的定义;其次对该算法的滤波模型进行设计;再通过构造该模型的能观性矩阵对其进行能观性分析;最后在Matlab仿真环境下对其进行性能分型,性能分析主要从不同测距噪声下的算法敏感程度方面着手。在进行性能分析时,通过Matlab仿真数据和仿真图综合对比分析以上四种模型的定位精度和稳定性,得出采用距离/距离变化率的UWB无线定位算法性能优于传统定位算法的结论。

关键词：室内跟踪 UWB TOA 距离变化率 EKF

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一种提高室内定位精度的模糊逻辑方法

软件导刊 2020年第4期19卷 97-101页

作者：张峻豪朱海韩宝磊上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

超宽带技术由于其精确的定时分辨率,在视距(LOS)和非视距(NLOS)混合环境中应用前景广阔。为提高跟踪精确度、消除与UWB跟踪系统测距数据集异常值,构建合适的误差抑制方法,提出一种误差抑制方法。首先对环境进行建模,分析LOS和NLOS环境... 详细信息

超宽带技术由于其精确的定时分辨率,在视距(LOS)和非视距(NLOS)混合环境中应用前景广阔。为提高跟踪精确度、消除与UWB跟踪系统测距数据集异常值,构建合适的误差抑制方法,提出一种误差抑制方法。首先对环境进行建模,分析LOS和NLOS环境中的信号参数;然后,采用基于模糊逻辑的两步自适应定位算法,分析和选择最佳测距数据,用于计算被跟踪设备的位置;使用模糊加权最小二乘估计(FWLSE)方法对非视距(NLOS)混合环境中的实际数据进行测试。实验结果表明,与其它已知算法相比,该方法定位精度显著提高18.28%,且在实际应用中易于实现。

关键词：室内跟踪超宽带模糊逻辑加权最小二乘估计

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基于毫米波雷达的分布式跟踪方法

基于毫米波雷达的分布式跟踪方法