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基于UWB与指纹定位的矿井移动目标TOA定位算法

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矿业研究与开发 2024年第3期44卷 192-200页

作者：王智勇张宏伟卜旭辉河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作市454003 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室河南焦作市454003

针对煤矿井下人员、设备等目标的定位易受非视距传播时延影响,导致定位精度低、实时性不高等问题,提出了一种基于超宽带(UWB)与指纹定位的矿井移动目标到达时间(TOA)定位方法。首先,采用双程双向测距(DS-TWR)方式测量定位基站与待测目... 详细信息

针对煤矿井下人员、设备等目标的定位易受非视距传播时延影响,导致定位精度低、实时性不高等问题,提出了一种基于超宽带(UWB)与指纹定位的矿井移动目标到达时间(TOA)定位方法。首先,采用双程双向测距(DS-TWR)方式测量定位基站与待测目标之间的距离,构建Chan算法估算待测目标的坐标;其次,利用Taylor公式对Chan算法的定位结果进行迭代更新,抑制矿井巷道中非视距(NLOS)延时误差;最后,依次采集特定点距离指纹构建指纹库,引入改进的算术优化算法优化最小二乘支持向量机(AOA-LSSVM)模型估计待测目标位置的横、纵坐标误差,结合Chan-Taylor算法定位结果进行误差补偿,得到待测目标的最优位置估计。试验结果表明:所提出的算法在视距(LOS)环境下的静态试验和动态试验中定位精度相较于Chan-Taylor算法分别提升了18.63%、63.79%;在NLOS环境下的静态试验和动态试验中定位精度相较于Chan-Taylor算法分别提升了82.40%、56.78%,可满足目标在矿井下高精度的定位要求。

关键词：矿井移动目标超宽带指纹定位时间到达定位算法 Chan-Taylor算法

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基于MVO-SVR的室内指纹定位算法

电子测量与仪器学报 2024年

作者：陈静张晓龙安徽理工大学电气与信息工程学院

针对室内定位过程中由非视距和环境干扰导致的定位精度不高的问题，提出一种基于多元宇宙优化支持向量回归的室内指纹定位算法。首先通过基于超宽带通信技术的双边双向测距算法计算得到测距信息; 然后利用测距值作为指纹特征并建立指... 详细信息

针对室内定位过程中由非视距和环境干扰导致的定位精度不高的问题，提出一种基于多元宇宙优化支持向量回归的室内指纹定位算法。首先通过基于超宽带通信技术的双边双向测距算法计算得到测距信息; 然后利用测距值作为指纹特征并建立指纹库，使用SVR算法构建定位坐标和测距值之间的映射关系; 最后使用MVO优化算法寻优SVR算法的cost和γ参数，以提升定位精度。实验显示，选择径向基函数作为SVR模型的核函数能够有效提高定位精度，并将MVO-SVR的结果与三边定位、随机森林算法、极致梯度提升算法、 SVR的结果进行对比和分析， X方向平均绝对误差分别降低了20.12%、 54.43%、 60.66%和16.21%， Y方向平均绝对误差分别降低了79.57%、 54.18%、 59.29%和38.17%，平均定位误差Ep分别降低了60.73%、 54.38%、 60.01%和22.84%，且MVO-SVR算法在X和Y方向平均绝对误差均达到了厘米级。结果证明: 基于MVO-SVR的室内指纹定位算法明显提升了定位精度，在复杂室内环境中具有良好的应用前景。

关键词：超宽带室内定位双边双向测距 MVO-SVR模型指纹定位

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室内多用户在线协同指纹定位算法

小型微型计算机系统 2024年第3期45卷 699-706页

作者：许远航张鑫宇乐燕芬上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

针对室内环境中多个用户同时申请定位服务的场景,提出一种基于多用户在线协同的室内指纹定位算法.考虑到邻近的多个用户在同一时段观测的Wi-Fi接入点(Access Point,AP)的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)信... 详细信息

针对室内环境中多个用户同时申请定位服务的场景,提出一种基于多用户在线协同的室内指纹定位算法.考虑到邻近的多个用户在同一时段观测的Wi-Fi接入点(Access Point,AP)的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)信号服从相似的空间分布,从而可利用该信号强度的大小来校准用户的估计位置.算法首先由目标用户的AP覆盖向量确定邻近的候选参考节点(Reference Point,RP)以及协同定位用户;利用协同定位用户观测的RSSI信息对候选RP进行可信度评估,并结合目标用户的RSSI信号与各候选RP指纹的相似度,筛选候选RP,利用WKNN(Weighted K-Nearest Neighbors)算法获得经协同定位用户校准后的目标用户的校准估计位置;同时,算法还融合了子集定位的思想,利用目标用户的在线RSSI信号构建用于校准定位的多个AP子集,并由位置密度检测方法剔除异常校准位置,确定目标的最终估计位置.算法涉及的协同用户的发现和位置的校准都无需额外的硬件支持,对用户透明.典型室内环境中的实验结果表明,多用户在线协同定位算法有效抑制了大定位误差,提高了定位性能.

关键词： Wi-Fi定位指纹定位在线协同定位候选RP

基于差分进化改进混合核极限学习机的指纹定位

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中国科技论文 2024年第5期19卷 600-606页

作者：韦嘉恒刘伟李卓刘博王智豪桂林理工大学信息科学与工程学院广西桂林541006 广西嵌入式技术与智能系统重点实验室(桂林理工大学) 广西桂林541006

针对极限学习机(extreme learning machine,ELM)指纹定位泛化性能弱、鲁棒性差等问题,提出一种改进的差分进化算法优化混合核极限学习机的指纹定位方法。该方法利用改进型的Logistic混沌映射提高差分进化算法全局搜索的能力,同时利用动... 详细信息

针对极限学习机(extreme learning machine,ELM)指纹定位泛化性能弱、鲁棒性差等问题,提出一种改进的差分进化算法优化混合核极限学习机的指纹定位方法。该方法利用改进型的Logistic混沌映射提高差分进化算法全局搜索的能力,同时利用动态控制参数法避免差分进化算法陷入局部最优,然后通过改进差分进化算法自适应调整混合核极限学习机的参数,提高训练效率。在线阶段,利用混合核函数提高极限学习机的学习性能和泛化性能,并引入L1惩罚函数防止过拟合。其泛化能力相较于单一核极限学习机提升明显。该方法有92%的测试点定位误差小于0.5 m,平均误差相较于加权K近邻法(weighted Knearest neighbor,WKNN)降低了32.6%。

关键词：混合核极限学习机 Logistic混沌映射差分进化算法指纹定位

基于高斯过程回归的WiFi RTT/RSS测距与指纹定位研究

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导航定位与授时 2024年

作者：谢思语王鑫龙邱燕华李彤云师嘉怡汪云甲陈国良孙猛中国矿业大学环境与测绘学院

基于往返时间测量（RTT）的智能手机WiFi测距定位受限于室内环境的复杂性，仍面临稳定性差、精度低等问题。利用同步量测的WiFi RTT和信号接收强度（RSS）数据，分别从测距与指纹补偿、测距定位与匹配定位优化等方面开展研究。首先，通... 详细信息

基于往返时间测量（RTT）的智能手机WiFi测距定位受限于室内环境的复杂性，仍面临稳定性差、精度低等问题。利用同步量测的WiFi RTT和信号接收强度（RSS）数据，分别从测距与指纹补偿、测距定位与匹配定位优化等方面开展研究。首先，通过分析RTT测距误差规律，建立了基于高斯过程回归的非参数测距误差补偿模型；研究RSS数据分布，拟合WiFi信号路径衰减模型，构建了基于高斯过程回归的RSS补偿模型。其次，开发了基于Web端的指纹库生成和指纹定位软件，可支持RSS指纹库、RTT测距指纹库自主建设和RSS/RTT指纹定位。最后，设计了基于高斯过程回归补偿的RTT测距定位、RTT指纹定位、WiFi RSS指纹匹配算法，并综合分析了三种方法的定位性能。实验结果表明，经过高斯补偿的RTT测距定位、RTT指纹定位和RSS指纹定位的平均精度分别提升了50.81%、52.85%、48.72%，证明了高斯回归模型可有效提升WiFi RTT/RSS测距与指纹定位的精度与稳定性。

关键词：室内定位高斯过程回归 WiFi精细时间测量往返时间指纹定位测距定位

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一种室内伪卫星混合指纹定位方法

西安电子科技大学学报 2023年第5期50卷 21-31页

作者：李雅宁李宏生蔚保国东南大学仪器科学与工程学院微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室江苏南京210096 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室河北石家庄050081

目前,复杂的室内环境与伪卫星信号的交互机制尚未得到根本解决,室内定位的稳定性、连续性和准确性仍是技术瓶颈,现有室内指纹定位方法面临指纹采集量与定位精度和定位范围成正比的限制,同时也有非实际采集不能完成定位的弊端。针对现有... 详细信息

目前,复杂的室内环境与伪卫星信号的交互机制尚未得到根本解决,室内定位的稳定性、连续性和准确性仍是技术瓶颈,现有室内指纹定位方法面临指纹采集量与定位精度和定位范围成正比的限制,同时也有非实际采集不能完成定位的弊端。针对现有方法的不足,结合实际测量、数学仿真和人工神经网络的优点,提出了一种基于实际采集指纹、建模仿真指纹和人工神经网络的室内伪卫星混合指纹定位方法。首先对实际环境和信号收发端进行模型构建,其次将利用射线追踪仿真生成的模拟指纹转换后联合实测指纹共同添加到神经网络的输入中,扩展了原来单一实测指纹输入数据集的样本特征,最后利用混合指纹共同训练人工神经网络定位模型,用于在线定位。以某机场环境为例,实验证明混合指纹定位方法可以提高稀疏采集指纹区域的定位精度,均方根定位误差约为0.4850 m,与传统指纹定位方法相比,定位误差降低了约54.7%;在没有采集指纹的区域也可以粗略完成初步定位,均方根定位误差约为1.1237 m,突破了传统指纹定位方法的局限。

关键词：指纹定位人工神经网络伪卫星射线追踪室内定位

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模糊空间下双标签指纹定位算法

西安电子科技大学学报 2023年第2期50卷 81-91页

作者：郑安琪秦宁宁江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122

针对指纹定位中传统的空间划分方法所伴随的指纹点区归属识别困难和邻界匹配误判的问题,提出一种适用于区域中心识别和过渡双域判别的空间模糊划分方法,利用参考点类间距离与类内距离的差异度,衡量子区域边界的模糊度,保证实验场景定位... 详细信息

针对指纹定位中传统的空间划分方法所伴随的指纹点区归属识别困难和邻界匹配误判的问题,提出一种适用于区域中心识别和过渡双域判别的空间模糊划分方法,利用参考点类间距离与类内距离的差异度,衡量子区域边界的模糊度,保证实验场景定位开销最优化的同时,兼顾空间重叠划分优势,缓解子区域间绝对判别的负效应,提高定位匹配的泛化能力。在位置估计阶段,综合考虑参考点邻域间接收信号波动差异,将参考点与待定位点间信号域的距离度量转化为同源差异下的无量纲排序,并以修正后的多源排序均衡结果间接映射待定位点与参考点之间的相似度;此外,引入空间密度可达搜索强相关参考点集,结合信号域和空间域迭代约束参考点,实现目标近邻集的动态选择和集聚效应,有效克服环境变化与信号波动的干扰,提高定位方法的环境适应性。经路演下的实测数据对定位性能的评估,所提算法的定位精度优于同类区划分算法4.7%~11.8%,且在同全局匹配方法的比较中,平均定位误差最佳可降低0.422 m。

关键词：室内定位指纹定位模糊空间迭代约束

室内可见光指纹定位系统中改进的加权K最近邻算法

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激光与光电子学进展 2022年第17期59卷 113-117页

作者：梁哲豪石磊唐杰李佳豪曹跃翔空军工程大学信息与导航学院航空通信教研室陕西西安710077

针对室内可见光指纹定位系统中加权K最近邻(WKNN)算法用欧氏距离不能有效表示各测量点间实际距离的问题,提出了一种基于加权欧氏距离度量的改进WKNN算法。该算法根据接收信号强度随实际距离变化的衰减特性,为不同的信号强度差值分配不... 详细信息

针对室内可见光指纹定位系统中加权K最近邻(WKNN)算法用欧氏距离不能有效表示各测量点间实际距离的问题,提出了一种基于加权欧氏距离度量的改进WKNN算法。该算法根据接收信号强度随实际距离变化的衰减特性,为不同的信号强度差值分配不同的加权系数。仿真结果表明,在相同的环境条件下,相比基于欧氏距离和曼哈顿距离的WKNN算法,改进算法的平均定位误差分别降低了37.5%和34.3%。

关键词：光通信可见光定位室内定位指纹定位加权K最近邻算法

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基于频谱地图的辐射源指纹定位方法研究

计算机工程 2023年第9期49卷 183-190,198页

作者：杜逸潇王红军李修和国防科技大学电子对抗学院合肥230037

基于指纹的定位方法是定位技术中的重点研究内容。现有指纹定位方法大多数是为接收端设备的自定位而设计的,无法直接应用到对信号发射端的定位中。为此,设计一种适用于信号发射端的辐射源指纹定位模型,并提出相应的定位算法。利用频谱... 详细信息

基于指纹的定位方法是定位技术中的重点研究内容。现有指纹定位方法大多数是为接收端设备的自定位而设计的,无法直接应用到对信号发射端的定位中。为此,设计一种适用于信号发射端的辐射源指纹定位模型,并提出相应的定位算法。利用频谱地图进行指纹定位,基于信号指纹生成算法和指纹匹配定位算法实现指纹匹配定位。信号指纹生成算法将空间插值转化为机器学习多变量回归问题,基于测量点的数据建立数据集并训练随机森林回归模型,结合蛇优化算法改进模型的参数设置,利用改进的随机森林回归模型补全频谱地图中的缺失数据,进而得到信号指纹。指纹匹配定位算法通过深度学习框架完成,利用卷积神经网络从频谱地图中估计辐射源的位置坐标。仿真实验结果表明,该定位模型在使用10%的测量数据时,平均定位误差为12.91 m,且定位误差在20 m以内的置信概率达到了84.5%,能够实现对信号发射端的指纹定位,与其他方法相比,具有较优的定位精度和定位稳定性。

关键词：指纹定位频谱地图随机森林蛇优化算法卷积神经网络