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一种融合RSSI和aoa定位算法的智能蓝牙防丢器

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单片机与嵌入式系统应用 2021年第7期21卷 63-66页

作者：贾灵王薪宇胡海邱绿景利尔达科技集团股份有限公司杭州311121

目前的蓝牙防丢器多半通过检测RSSI(信号指示强度)的方式判断距离,超出设定距离则报警,但此方法无法确定信号的方向来源。本文设计了一种混合RSSI和aoa定位算法的智能蓝牙定位防丢器,在进行RSSI检测距离的基础上,融合aoa(到达角度测距)... 详细信息

目前的蓝牙防丢器多半通过检测RSSI(信号指示强度)的方式判断距离,超出设定距离则报警,但此方法无法确定信号的方向来源。本文设计了一种混合RSSI和aoa定位算法的智能蓝牙定位防丢器,在进行RSSI检测距离的基础上,融合aoa(到达角度测距)算法获取方向信息,最终计算出设备的准确距离、方向信息,同时可以利用多个防丢器构成“电子围栏”。

关键词： BLE 5.1 aoa定位 RSSI CC2640R2L

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基于UWB的aoa室内定位算法研究

基于UWB的AOA室内定位算法研究

作者：李岚峰电子科技大学

学位级别：硕士

精准的位置服务已经成为物联网时代的重要基础。目前基于卫星导航的室外定位技术已经广泛地应用于人们的生活中。然而,随着万物互联时代的到来以及人们在室内活动场景的增多,对在室内环境下获取精确位置服务的需求越发强烈。这些需求推... 详细信息

精准的位置服务已经成为物联网时代的重要基础。目前基于卫星导航的室外定位技术已经广泛地应用于人们的生活中。然而,随着万物互联时代的到来以及人们在室内活动场景的增多,对在室内环境下获取精确位置服务的需求越发强烈。这些需求推进了室内定位技术的快速发展。目前基于超宽带(Ultra Wide Band,UWB)定位技术是当下室内定位技术的主流,其中基于目标到达角度(Angle of Arrival,aoa)定位算法是目前研究最为广泛的UWB定位算法之一。常见的aoa定位技术主要采用多通道天线阵列方式实现,其系统实现复杂且成本高。同时在室内环境下,容易受到室内布局复杂、行人随意移动等因素影响,出现严重的多径效应,导致系统的定位精度低且稳定性差。本文首先针对当前主流采用多通道UWB阵列天线实现aoa定位算法存在算法部署复杂和实现成本过高等不足。设计双通道UWB基站,结合测向算法和测距算法,研究实现一种部署简单、实现成本低且精度高的aoa定位算法。同时,从测距和测向两个角度出发分析室内多径环境对基础aoa定位算法的影响。为接下来室内环境下算法优化提供基础。其次,针对室内环境下,基于双通道UWB的aoa算法存在定位精度低、系统稳定性差等问题,提出一种测距误差预测卷积神经网络的优化算法。通过优化测距算法的方式继而实现aoa整体定位算法的优化。将提出的优化算法部署在服务器上,其得到的测距精度比常用的双边双向测距算法测距精度提升明显,同时整体定位精度和鲁棒性也比基础算法有所提升。最后,虽然基于卷积神经网络的优化算法在室内环境下可以实现不错的优化效果,但需要部署在高算力平台上,需要消耗较高的系统资源且系统的实时不高。为了在低算力的嵌入式平台能够实现高精度定位系统,本文借鉴卷积神经网络设计思想提出一种基于信号分解的优化算法。将多径环境下接收到的超宽带信号进行分解,拟合出一条不受多径响应影响或者影响较小的超宽带接收信号,通过这条拟合信号优化基础的aoa定位算法。实验表明,这种算法能够有效地减少多径效应对超宽带aoa定位算法的影响,实现高精度的室内定位。同时算法需要的系统资源更少,实时性更强。

关键词：室内定位多径效应超宽带 aoa定位信号分解

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基于aoa算法的低功耗蓝牙室内定位系统

单片机与嵌入式系统应用 2023年第3期23卷 42-45,75页

作者：沈天盛陈文莹朱彬斌王燕周勇良梁奕国网上海市电力公司上海200122 上海电力大学

设计了基于到达角度法(Angle of Arrival,aoa)的蓝牙定位系统,并搭建了基于CC2652R1蓝牙开发板和STM32单片机的低功耗蓝牙定位系统。现场测试实验结果表明,本系统能够在室内复杂环境下获取亚米级精度的定位信息,精度可达20 cm,适用于电... 详细信息

设计了基于到达角度法(Angle of Arrival,aoa)的蓝牙定位系统,并搭建了基于CC2652R1蓝牙开发板和STM32单片机的低功耗蓝牙定位系统。现场测试实验结果表明,本系统能够在室内复杂环境下获取亚米级精度的定位信息,精度可达20 cm,适用于电力智慧运维、智慧工厂、商城导引、仓储物流等场景。

关键词： aoa定位 CC2652R1 室内定位 STM32

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目标定位中的非视距传播研究综述

工矿自动化 2020年第7期46卷 16-27页

作者：胡青松张赫男王鹏杨维李世银中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)管理学院北京100091 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

由于障碍物的存在,矿井等定位场景中普遍存在非视距传播现象,引起定位信号的折射、反射、衍射和散射,导致测距误差增大,进而影响目标定位精度。分析了非视距传播对TOA(Time of Arrival,到达时间)、TDOA(Time Difference of Arrival,到... 详细信息

由于障碍物的存在,矿井等定位场景中普遍存在非视距传播现象,引起定位信号的折射、反射、衍射和散射,导致测距误差增大,进而影响目标定位精度。分析了非视距传播对TOA(Time of Arrival,到达时间)、TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)、aoa(Angle of Arrival,到达角度)、RSSI(Received Signal Strength Indication,接收强度指示)等定位方法的影响,并从非视距传播的识别、非视距传播误差的抑制、非视距传播的利用及非视距场景下的定位方法设计4个方面对现有文献进行综述。对于非视距传播的识别,重点探讨了残差检验法、误差统计法、能量检测法、神经网络算法和几何关系法;对于非视距传播误差的抑制,主要分析了基于滤波的方法、基于半参数的方法、基于能量检测的方法及基于数据库的方法;对于非视距传播的利用,重点综述了提高定位系统鲁棒性及基于误差学习和匹配的方法;对于非视距场景下的目标定位方法设计,分为视距与非视距混合场景及纯非视距场景2种情况进行综述。探讨了目标定位中非视距传播研究的新方向:通过多种定位技术的融合提高目标定位精度;借助新兴技术提高非视距场景下的目标定位精度;通过与其他信息系统的交互引入额外信息,实现跨系统协同定位。

关键词：目标定位非视距传播非视距传播识别非视距传播误差抑制 RSSI定位 TOA定位 TDOA定位 aoa定位

一种UWB稀疏阵列天线虚拟中心阵元到达角估计方法

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计算机科学 2019年第B06期46卷 321-324页

作者：于涛郭文强朱晓章新疆大学信息科学与工程学院乌鲁木齐830001 新疆财经大学计算机科学与工程学院乌鲁木齐830012 电子科技大学电子科学与工程学院成都611730

在当今的物联网社会,位置信息是实现万物相连的基础技术之一。作为一种高精度的定位信号,超宽带信号具有高时间分辨率、穿透性强等特点,适用于各种环境下的人员、物资、车辆定位,具有非常广阔的应用前景。文中提出了一种基于阵列接收天... 详细信息

在当今的物联网社会,位置信息是实现万物相连的基础技术之一。作为一种高精度的定位信号,超宽带信号具有高时间分辨率、穿透性强等特点,适用于各种环境下的人员、物资、车辆定位,具有非常广阔的应用前景。文中提出了一种基于阵列接收天线的到达角估计方法,在获得接收天线阵元间传输线路的延迟时间后,对接收机内部确定的计时时间信号进行解算,可以估计出接收阵列天线虚拟中心阵元与发射天线之间360度范围内的到达角度,弥补了传统aoa方法中只能估计180°范围内到达角的缺陷。MATLAB仿真结果表明:此方法可以有效地估计出360°范围内虚拟中心阵元的到达角度,具有一定的可行性与实用性。

关键词： aoa定位阵列天线超宽带信号

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基于大规模天线阵列波束定位跟踪策略研究

基于大规模天线阵列波束定位跟踪策略研究

作者：王旭哲东南大学

学位级别：硕士

移动互联网时代,基于位置的服务成为了其中重要的一个环节,无线定位技术使得人们的生活品质和生活效率得到了提高,体现在人们的衣食住行等各个方面。对移动端位置的确定能够应对5G新业务在高移动性、高可靠性、连接数量、超低延时、流... 详细信息

移动互联网时代,基于位置的服务成为了其中重要的一个环节,无线定位技术使得人们的生活品质和生活效率得到了提高,体现在人们的衣食住行等各个方面。对移动端位置的确定能够应对5G新业务在高移动性、高可靠性、连接数量、超低延时、流量密度上的挑战。大规模天线阵列和波束成形技术为定位技术提供了重要的技术支持和保障,尤其在超密集网络中能够实现高密集度的覆盖,大大增强了信号视线传输概率,使得基于信号到达角(aoa)的定位成为可能。其次,由于圆阵列天线能够控制波束在水平面360°扫描,并且其增益方向图等特性不随扫描角度不同而变化,具有测向优势。本文主要针对基于均匀圆阵列的aoa定位和跟踪技术展开研究。本文首先研究了定位方法中的aoa估计的部分,对比分析了现有aoa估计方法的角度分辨率、定位精度以及时间复杂度。MVDR算法作为CBF的优化算法,但仍然存在和CBF一样角度的分辨率较低的问题。在超分辨率算法中,ESPRIT算法的精度相对较低,而WSF算法的时间复杂度很高。其中MUSIC算法具有较高的角度分辨率和定位精度,但频谱搜索需要耗费大量的时间,针对这一问题,提出了先缩小频谱搜索范围的分级aoa估计方法。该方法基于圆阵列天线,利用RSS信息判断获得信号到达角的范围,再利用基于圆阵列波束空间的MUSIC算法在上述判断后的指定范围内进行频谱搜索获得精确的到达角度,根据三角定位原理获得最终目标定位位置。改进的基于MUSIC算法的分级aoa估计方法大大缩短了aoa估计时间,对方法进行了定位精度和时间复杂度的对比仿真,论证该方法在保持定位精度的前提下提高了定位效率。关于抑制定位过程中NLOS误差的部分,研究基于残差的NLOS抑制算法,如残差加权、迭代最小残差、选择残差加权算法等。研究通过分布检验的NLOS识别方法如偏斜度检测和峭度检测、格鲁布斯检验、shapiro-Wilk检验等。针对NLOS基站和LOS基站aoa检测误差分布的不同,基于N-P准则和似然比检验,提出复杂度较低的方法替代复杂度高的似然比计算。仿真结果表明基于残差的传统NLOS误差抑制算法将NLOS基站参与的定位结果算入最终结果会导致误差增大。而通过先识别出NLOS基站,再利用剩余LOS基站进行定位精度大大提高。在设定合理的虚警概率时能够达到较高的检测概率,对于识别NLOS基站后将其排除利用剩余LOS基站进行定位,之后采用聚类排除异常点,这一处理在个别NLOS识别失败后依然可以将其排除在最终定位结果的计算中。所提方法简化代替NLOS识别中似然比检验,通过多次测量求得均值,并统计单次测量值偏离均值超过某一阈值的次数判断NLOS基站,并且通过聚类排除异常点的方法变相去除未成功识别NLOS基站定位点以及误差较大点,前后相结合快速有效抑制NLOS定位误差。仿真对比分析了所提方法与传统RWGH误差抑制方法,论证所提方法的有效性。最后针对跟踪滤波部分,研究了几种常见的运动模型,针对实际运动过程中的运动模型、持续时间等是不可预测性,论证了采用交互多模型方法进行跟踪滤波能达到更好的跟踪效果。分析了交互多模型方法的基本原理和参数选择,以及其优劣势。针对交互多模型方法中的滤波方法采用卡尔曼滤波时,过程噪声方差参数Q的改变可以改变卡尔曼滤波增益,从而改变对预测值和测量值加权权重,结合参与定位基站的数目不同导致测量误差的差异,提出一种基于定位基站数目的自适应Q的交互多模型卡尔曼滤波跟踪方法。当参与定位的基站较多时,测量误差较小,从而增加Q,提高测量值权重。仿真结果表明在跟踪过程中,随着定位基站的个数的改变而动态改变Q的IMMKF方法具较好的跟踪精度和较高的稳定性。

关键词：均匀圆阵列 aoa定位 NLOS误差抑制 IMMKF

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基于粒子滤波的信号源测向定位

基于粒子滤波的信号源测向定位

作者：卢茹河北工业大学

学位级别：硕士

无线电移动监测车车载监测系统在对干扰信号源的查处工作中起主要作用，是目前查找干扰源的主要方法，现有的车载监测系统的测向定位方法主要是线性的，对系统误差及主观误差的处理比较粗糙，测向定位精度不高，影响对实际无线电干扰源... 详细信息

无线电移动监测车车载监测系统在对干扰信号源的查处工作中起主要作用，是目前查找干扰源的主要方法，现有的车载监测系统的测向定位方法主要是线性的，对系统误差及主观误差的处理比较粗糙，测向定位精度不高，影响对实际无线电干扰源的判断，因此考虑应用一种可靠性强的估计算法来定位干扰信号源的位置。针对此问题，本论文将采用粒子滤波估计方法进行无线电信号的测向定位计算，估计干扰信号源的位置，提高测向定位精度。主要工作如下：第一，对无线电测向定位系统及多种定位方法的原理和特点进行分析，选定适合本课题的aoa波达角定位算法，并建立相应的针对静态无线电信号源的波达角定位算法的数学模型，分析确定出状态模型方程和观测模型方程，为后面的算法研究打下了一定的理论基础。第二，研究了基于蒙特卡罗方法的粒子滤波算法基本原理，在此基础上，提出了无线电干扰源测向定位应用时重要性采样的样本处理方法，并针对算法中的粒子退化问题提出了改进方案，推导出粒子滤波算法在无线电干扰源测向定位应用时的算法流程，在MATLAB环境下进行了初步仿真研究，验证了算法的可行性。第三，编写了基于LABVIEW平台的无线电干扰源定位程序和友好的人机界面，通过不同情况的仿真示例验证了算法的可靠性。利用国家无线电监测中心北京监测站提供的实测数据对算法进行了实验验证，并对实验结果和误差进行了分析。结果表明，所提算法能够对静止的无线干扰信号源进行定位，定位时间短，定位效果良好。

关键词：非线性测向定位 aoa定位数学模型粒子滤波

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基于环境增强的线阵定位方法研究

基于环境增强的线阵定位方法研究

作者：周俊侹电子科技大学

学位级别：硕士

随着无线通信和互联网技术的飞速发展,精确的位置信息对于各领域起着重要的作用,巨大的用户需求推动着目标定位技术的研究。目标定位根据信号处理的方式可以分为两步定位法和直接定位法。目前,两步定位法和直接定位法在国内外的研究都... 详细信息

随着无线通信和互联网技术的飞速发展,精确的位置信息对于各领域起着重要的作用,巨大的用户需求推动着目标定位技术的研究。目标定位根据信号处理的方式可以分为两步定位法和直接定位法。目前,两步定位法和直接定位法在国内外的研究都取得了丰硕的成果,国内外学者提出了非常多精确且高效的算法。在这些定位算法中,对于多径信号的处理通常采用抑制多径信号的方法来获取更加准确的定位结果。这种方法在抑制多径干扰的同时也忽视了多径信号隐藏的信息。在已知反射面位置的情况下,多径信号可以视为位置已知的虚拟基站接收的信号。利用带有环境信息的多径信号和目标位置之间的关系,可以实现目标定位的环境增强。由于单个固定的线阵同一时刻只能测得一个方位角,根据目标和基站间的几何关系,无论是在二维平面还是三维空间中都无法完成目标定位。本文利用带有环境信息的多径信号,构建镜像虚拟基站模型,实现了利用单个固定线阵对目标的定位。本文主要研究内容如下:1.针对二维平面内的单个固定基站的环境增强定位,研究了镜像虚拟基站与真实基站的位置关系,提出了二维平面内基于环境增强的到达角(Arrival of Angle,aoa)定位方法,理论分析了该方法的几何精度衰减因子;提出了二维平面内基于环境增强的直接定位方法,通过网格搜索实现目标定位。通过仿真验证了算法的可行性,分析了算法的性能以及各个参数对定位结果的影响。2.针对三维空间中的单个固定基站对运动目标的定位场景,研究了单站单运动目标的aoa定位算法和基于环境增强的aoa定位算法的几何精度衰减因子,仿真分析了各个参数对几何精度衰减因子的影响;提出了环境增强因子,通过仿真分析了环境增强aoa定位算法相对于单站单运动目标定位算法的增益效果。3.针对通道不一致情况下的环境增强定位,理论分析了通道幅相误差分别对aoa定位和直接定位的影响,并通过仿真进行验证;提出了基于环境增强的通道幅相误差自校正定位算法,实现了在通道不一致情况下的定位以及通道幅相误差的自校正,通过仿真验证了算法的定位性能和对通道幅相误差的校正效果。

关键词：线阵定位环境增强 aoa定位直接定位通道幅相误差

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无人汽车的IMU/5G毫米波组合定位方法

无人汽车的IMU/5G毫米波组合定位方法

作者：白宇强北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,无人汽车得到了快速发展,定位技术作为无人汽车实现决策、规划与运动控制的基础,成为了无人汽车领域的研究热点。目前,应用于无人汽车的定位方式存在精度低、成本高、易受环境影响等问题。如今5G通信技术开始普及,其低时延、高... 详细信息

近年来,无人汽车得到了快速发展,定位技术作为无人汽车实现决策、规划与运动控制的基础,成为了无人汽车领域的研究热点。目前,应用于无人汽车的定位方式存在精度低、成本高、易受环境影响等问题。如今5G通信技术开始普及,其低时延、高速率和覆盖范围广的特点可极大提升无人汽车定位的准确性和实时性,具有广阔的应用前景。本文在5G关键技术的基础上,研究了5G环境下的无人汽车定位方法,提出了基于到达角(Angle of Arrival,aoa)的5G毫米波定位方法,实现了无人汽车在三维坐标系中的定位。针对5G毫米波非视距传输造成定位误差较大的问题,提出了无人汽车的IMU/5G毫米波组合定位方法,提高了无人汽车定位的精度和可靠性。首先,分析了常用无线定位方法的优缺点,根据5G的技术特性,选取了aoa定位作为5G毫米波的定位方法;针对aoa定位对于信号到达角度估计精度的需求,在5G大规模阵列天线的技术背景下,提出了一种基于总体最小二乘法的二维旋转不变子空间(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)算法,通过同时考虑两个子空间误差的影响,设计出旋转因子相似矩阵的迭代求解方法,与传统二维ESPRIT算法相比,提升了对信号方位角和俯仰角的估计精度。其次,以改进二维ESPRIT算法得到的信号到达角为基础,建立了基于5G毫米波的无人汽车aoa三维定位模型。针对定位模型非线性较强的特点,采用了高斯牛顿法对无人汽车位置进行迭代求解。考虑到高斯牛顿法对迭代初始值敏感的问题,通过对非线性定位模型进行线性变换,实现了对无人汽车位置的加权最小二乘估计,选取了加权最小二乘法的估计结果作为迭代的初始值,避免了高斯牛顿定位算法收敛到局部最优解,提升了5G毫米波定位的准确性。最后,针对无人汽车对定位稳定性和可靠性的需求,提出了无人汽车的IMU/5G毫米波的组合定位方法。通过分析不同数据组合方式和系统滤波方式的优缺点,构建了基于松组合和间接法滤波的组合定位系统方案;根据组合定位系统方案建立了系统的状态方程和量测方程,设计了基于卡尔曼滤波器的组合定位算法,实现了无人汽车的IMU/5G毫米波组合定位。仿真结果表明,IMU/5G毫米波组合定位方法克服了IMU定位误差累积的问题,同时提高了无人汽车在5G毫米波信号非视距传输情况下的定位精度。

关键词：无人汽车 IMU 5G毫米波 aoa定位二维ESPRIT算法高斯牛顿法卡尔曼滤波