室内定位中非视距的识别和抑制算法研究综述
全球定位系统(global positioning system, GPS), 凭借其广泛的应用范围和较高的定位精度, 受到了各方面专家和学者的青睐, 其在室外可以提供比较可靠的定位服务. 然而, 由于室内环境较为复杂, 信号的传播过程中会遇到障碍物(行人、墙壁、桌椅等)的阻塞, 使得信号发生反射、折射或散射, 导致强度减弱, GPS并不能实现精确的定位, 即在存在非视距(non-line-of-sight, NLOS)的室内环境中, 定位精度会有所下降. 如何有效识别和抑制NLOS, 从而提高定位精度是目前室内定位研究的热点问题之一. 室内定位作为定位技术在室内环境的延续, 应用更加广泛. 精确的节点位置信息可以应用在环境监测、军事侦察、定位打击目标、公共安全及应急响应等方面.
当发生地震、火灾等意外灾害时, 室内环境由于崩塌、火烧等会发生改变, 根据感觉盲目寻找很难快速找到被救援人员的位置. 而通过无人机等实地采集信息, 利用室内定位技术可以快速进行搜救, 既节省时间又能规划出安全的救援路径. 当发生恐怖袭击或者人质劫持等社会安全事件时, 利用室内定位技术可以快速确定袭击者或人质的位置. 反恐人员进入室内执行任务时, 通过室内协同定位算法进行配合, 可以精确地获得自己和同伴的位置, 对于任务的解决起到了更好的促进作用. 当处于火车站、高铁站、飞机场或地下停车场时, 室内定位技术可以为用户提供导航定位、停车、找车服务, 提高用户的满意度. 在商场或者仓库可以帮助用户快速找到心仪的商品, 增强用户体验感.
1 室内定位中的常用技术与算法
目前, 在室内定位方面所使用的技术有很多, 包括地磁技术[1]、Wi-Fi[2]、蓝牙[3]、超声波技术[4]、激光技术[5]、计算机视觉技术[6]、超宽带(ultra wide band, UWB)技术[7]等.
地磁技术主要依据地磁场强度实现定位, 成本较低, 而且对环境的要求不高. Wi-Fi技术不受灯光、湿度、温度等外界因素的影响, 在一定频段内可以很好地穿越障碍, 但在室内极易受到多径效应的影响, 定位精度中等[2]. 低功耗蓝牙具有功耗低、成本低、部署方便等优点, 误差可达到2 m左右[3]. 超声波技术由固定的参考基础设施和多种移动单元组成[4], 可以穿透部分固体和液体, 在黑暗、有毒等环境中仍可以应用, 但其频率受多普勒效应的影响且成本较高. 激光技术可根据信号和反射信号的时间差值计算距离, 结合角度信息完成相对定位, 成本较高.
计算机视觉技术主要分为利用地标包含的信息解算为矩阵实现定位和对数据库内存储的相机位置信息进行图像指纹匹配实现定位[6]两种. 伴随计算机视觉技术的发展和成熟, 使得基于视觉的用于同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)的技术可获得图形和视觉的支持. 视觉SLAM技术包括前端和后端两部分, 前端又称视觉里程计(visual odometry, VO), 主要进行特征检测和数据关联任务; 后端主要对前端的输出结果进行优化, 得到最优的位姿估计和地图[8].
由于较高的时空分辨率、良好的隐私保护、强穿透性以及高精度的定位性能, 使得UWB技术能为室内定位提供良好的解决方案. 同时也为许多应用程序提供了便利, 如医疗监控、安全和资产跟踪等[7].
室内定位中的常用算法包括航迹推算、指纹识别定位、邻近探测、极点定位、三角定位、多边定位和质心定位等.下面主要介绍这些算法定位的原理以及优缺点.
1
航迹推算
目标节点位置由所对应的步长、航向和上一步的位置不断累加推算得到[9], 其原理如图 1所示. 常应用于惯性导航定位[10], 可利用三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计的数据计算节点位置和轨迹.
图 1 航迹推算定位原理图
已知目标节点初始位置为图片, 初始航向角为图片 移动到下一时刻的位移为图片下一时刻目标节点的位置为图片 后续各个时刻的位置为图片
优缺点: 此算法不需要借助外部设备即可实现定位, 采集的数据较为自主且无依赖; 但在推算的过程中会受到累加误差的影响, 故常用于短距离定位.
2
指纹识别定位
指纹识别定位算法[11-13]主要由离线阶段和在线阶段两部分构成.在离线阶段, 用小网格划分待定位区域, 得到交点并记录其坐标, 对在交点处接收到的无线电信号提取特征(常用接收信号强度(received signal strength, RSS)), 利用交点的坐标和相应的特征构成的信息链建成指纹数据库; 在线阶段, 通过匹配算法对比实际信息提取的特征与指纹数据库中的参数实现定位, 具体的流程如图 2所示.
图 2 指纹识别定位原理图
优缺点: 此算法自主性较高, 有较高的定位精度; 但在离线阶段建立指纹库工作量较大, 且一旦更换定位场地, 需要重新构建指纹库.
3
邻近探测
邻近探测法通过是否接收到物理信号来判断目标是否位于发射源四周[14], 主要取决于信号的传输范围. 由图 3可以看出, 目标节点位于基站B附近.
图 3 邻近探测原理图
优缺点: 此算法易于搭建, 易于实现且成本较低; 但定位精度不高, 仅可用于对精度要求不高的场景.
4
极点定位
极点定位根据测量的相对锚节点的距离和角度信息推测出目标的位置[14], 其原理如图 4所示. 若仅已知锚节点与目标节点之间的距离d1d1, 则可以初步确定目标节点是在以锚节点为圆心、d1d1为半径的圆上, 然后通过角度信息可以得到目标节点的精确位置.
图 4 极点定位原理图
优缺点: 只需要根据一个锚节点的位置即可进行测量, 应用较为方便, 常用于大地测量; 但定位结果的准确性易受测距和测量角度仪器的精度的影响.
5
三角定位
三角定位法[15]是将两个锚节点的测量信息(包括距离和角度)相结合, 利用几何原理获取目标位置.
如图 5所示, 已知锚节点A与锚节点B之间的距离为图片, 与目标节点位置的夹角分别为图片和图片. 利用三角几何原理可求得目标节点到锚节点A、B连线的垂直距离为
图 5 三角定位原理图
根据相对位置关系即可求得目标节点的位置.
优缺点: 此算法原理较为简单, 定位误差较小, 应用较为广泛; 但对于普通设备而言, 角度以及距离的信息很难精确获取.
室内定位中非视距的识别和抑制算法研究综述相关推荐
- 室内定位中非视距的识别和抑制算法研究综述(部分)
源自:控制与决策 作者:齐小刚 陈谌 李芷楠 针对存在非视距(non-line-of-sight, NLOS)的室内定位算法进行研究. 首先描述室内定位中的常用技术和算法(航迹推算.指纹识别 ...
- 室内定位技术方案---Wifi、RFID、bluetooth、Zigbee
室内定位技术方案 一.室内定位系统原理 国内常规定位技术有Wifi定位.RFID定位.蓝牙定位.Zigbee定位等几种方式,这几种定位方式有什么不同,各有什么利弊,下面我们将详细分析这几种定位原理.优 ...
- 国内外WLAN室内定位发展重点文献
国内外WLAN室内定位发展重点文献 基于概率法的位置指纹定位 概率性定位方法中位置指纹存储的是信号强度的概率分布信息,(以RSS 直方图形式通过搜索覆盖区域寻找后验概率最大的位置) 一种基于RSSI的 ...
- 基于RSSI的室内定位系统设计——使用PyhtonWeb开发
一.室内定位系统功能: 设计一种基于移动智能终端的室内定位系统,系统训练阶段,通过在用户随身携带的移动智能终端自动采集室内无线信号强度信息,数据经预处理后建立信号强度和位置的指纹库:定位阶段,用户移动 ...
- 室内定位算法_001:室内定位算法技术咨询服务工作室简介(更新)
点击蓝字关注我们 团队成员: 何博士(中国科学院大学,博士) 杨博士(加拿大多伦多大学,博士后)微信联系号:UWB_cwhe服务模式:1. 为企业提供定位算法技术支持 ...
- 【定位原理揭秘第三期】室内定位技术原理揭秘
> > > >引言 地图软件已经成为我们日常出行必不可少的工具之一,在导航和搜索上带来了很多便捷的帮助.而定位技术在地图软件里的应用可谓无法替代,尤其是在小范围的室内定位环境下 ...
- 10种室内定位技术原理深度解析
在高度城市化的今天,室内空间越来越庞大复杂.人类战胜了大自然,却在自己构筑的钢筋水泥中迷了路. 东晋高僧法显西行求法乘船回国时写道:大海弥漫无边,不识东西,唯望日.月.星宿而进.大意就是说,大海辽阔无 ...
- 智慧楼宇篇 6 —— 室内定位技术(五) - 室内定位技术总结
室内定位技术总结 1 引言 在前几期中,笔者分享了市面上使用较多的几种室内定位技术及相应定位原理.系统组成,有<RFID室内定位技术>.<WIFI室内定位技术>.<UW ...
- 室内定位技术的应用及室内定位技术的种类-新导智能
近年来,定位服务的相关技能和产业正从室外向室内发展,以供给无所不在的基于定位的服务,其首要推动力是室内定位服务所能带来的巨大的运用和商业潜能.许多公司包含OS供给商.服务供给商,设备和芯片供给商都在竞 ...
最新文章
- 传感器标定两篇顶会论文解析
- 官方 React 快速上手脚手架 create-react-app
- 决战 平安京服务器维护,《决战!平安京》2018年9月7日维护公告
- Android怎么设置主活动,如何从另一个活动启动Android AppWidget的配置活动?
- 在linux命令行 下学习编写java
- SVG.js 基础图形绘制整理(二)
- Opencv3编程入门学习笔记(五)之通道分离(split)与合并(merge)
- ffmpeg-0.6.3 移植到 windows 开源代码
- matlab 判断元素索引_MATLAB通过索引访问数组元素
- c语言枚举和结构体的区别,全面了解结构体、联合体和枚举类型
- 定义“移动互联网”的三篇文章
- 欧拉汽车,卖“萌”真能行?
- 序列化和反序列化(示例)
- Probability|Given UVA - 11181
- 三星电子中国研究院招聘CV、NLP、语音/音频工程师和实习生
- 肺管家科普:引发肺气肿的原因竟然是这些...
- PHP_保留两位小数并且四舍五入(可用于精度计算)_保留两位小数并且不四舍五入,
- Unix 操作系统背后的女程序员 Lorinda Cherry 去世,享年 78 岁
- Transformer中引用iqd作为数据源导入报错TR1907与TR3312
- 为什么跨平台扫盲很重要
热门文章
- 如何为spark的dataframe添加常量列
- 雷军拜访李嘉诚;《旅行青蛙》中国版开启内测;余额宝限购逐步放开丨价值早报...
- html逐帧动画,CSS3动画之逐帧动画_html/css_WEB-ITnose
- 移动魔百盒UNT413A卡刷固件
- 自建服务器我的世界手游,我的世界自建服务器版
- Mac - Spotlight(聚焦)
- 优雅的循环迭代和泛函数编程-purr packages 和 map 函数
- 【创建图的邻接矩阵和邻接表】
- disabled=true
- 《ANSYS Workbench 14有限元分析自学手册》——导读