基于镜像虚拟基站的多径辅助室内定位方法

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随着社会信息化的发展,定位技术在国防、救援、监护监控等领域已经成为不可或缺的一部分。但由于室内环境复杂性,基于TOA,AOA的定位方法中,信号在收发端之间传播的过程会受到多径效应的严重干扰,使得接收到的数据误差增大,由此会对定位系统的定位精度产生不良影响。现有降低这些误差的手段存在需要额外基站部署或使用条件苛刻的问题。在室内环境中,从固定墙面反射的多径分量路径长度与实体基站以墙壁面为反射面得到的镜像虚拟基站发出的直射量路径长度相等。利用这种反射镜像分析法,结合信号空间传播的模型与建筑几何平面图等先验信息,一些特定的多径分量带来的额外的空间信息,提高多径传播条件下的定位精度。针对现有问题,本文分析了目前室内信号的信道与传播机制,研究了 UWB信号的反射特性,针对其反射特性进行了算法的可行性探究,提出了利用室内环境地图信息与多径信息进行定位的改进模型。本文的主要贡献和创新如下:(1)通过对无线信道模型与反射机制分析,首先给出了基于多径信息的一阶镜像虚拟基站的确立规则与定位模型。并以此为基础推导了二阶镜像虚拟基站及高阶镜像虚拟基站扩展方法。(2)针对多径信息不完备情况,根据信号衰落种类不同对算法中概率参数进行建模,提出了用泊松过程估计替代固定经验参数理论出现概率的估计方法的改进方法,单基站条件下镜像虚拟基站定位精度提高6.25%。(3)针对单基站条件下镜像虚拟基站定位方法下待测位置概率分布特点,提出了利用联合先验位置信息的多径辅助位置估计方法。仿真环境下,融合平均定位误差1m的定位源的条件下,将单基站定位精度提升至0.58m。(4)基于先验障碍物形状信息与壁面材质置信度信息,提出了基于壁面与障碍物先验信息概率分布生成方法,提出了多实体基站下的镜像虚拟基站联合概率定位算法。在双实体基站的仿真环境下,平均定位精度0.25m,达到传统定位方法三实体基站的精度水平,节约了实体基站布设成本。综上,针对室内多径问题,本文提出的提出利用室内反射多径的定位方法,缓解了现有方法使用条件苛刻与基站部署成本较高的不足,提升了室内定位精度。
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