基于BDS/UWB的协同车辆定位方法

针对当前协同车辆定位精度低以及城市复杂环境下协同车辆定位精度不可靠等问题,该文提出一种在车车通信环境下利用BDS/UWB组合系统进行协同车辆定位的算法。该算法综合利用BDS在城市复杂环境下的定位优势、UWB具有可同时提供短程无线通信功能和高精度测距观测值特性,通过扩展卡尔曼滤波对BDS双差观测信息和UWB测距信息进行融合,从而实现高精度、高可靠性协同车辆定位。实验结果表明:BDS/UWB组合系统在较好观测环境下定位精度可达厘米级,在复杂环境下定位精度可达分米级;相比于BDS单系统,BDS/UWB组合系统在较好观测环境下定位精度提升并不明显,平均提升了1.49 cm,但在复杂环境下定位精度平均提升6.88 cm,定位可靠性较单BDS系统也有明显改善。     

超宽带/GNSS/SINS融合定位模型与方法研究EI北大核心CSCD

全球卫星导航系统(GNSS)与捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)的组合可在室外环境或卫星信号短暂失锁的条件下提供连续、可靠的定位服务。但针对室内或弱GNSS信号区域,组合系统的服务受限;超宽带(ultra-wideband,UWB)系统以其可提供厘米级的理论测距精度且布设方便的优势,可为该区域提供有效的测距信息。论文以车载试验平台为依托,分别就UWB/SINS、GNSS/SINS和UWB/GNSS/SINS 3类室内外定位模型及相应的模型参数估计方法展开研究,主要研究成果如下。     

超宽带与激光雷达组合的室内定位方法

针对室内及室内外过渡区域,GNSS信号受到严重影响导致的定位精度下降甚至无法定位的问题,该文提出了一种新的多传感器组合的室内定位方法。充分利用超宽带(UWB)超高的时间分辨率、良好的抗多径能力和较强的穿透能力,以及激光雷达(LiDAR)所表现在构图与定位方面主动、高效、精确的特点。使得两个系统相互作用,在复杂的室内环境下能够获得厘米级的定位结果。基于室内环境下的实测实验结果表明:无论是在非视距环境下UWB定位能力受到严重影响,还是在LiDAR定位结果出现较大发散的情况下,基于EKF的UWB/LiDAR组合定位系统都能够稳定维持厘米级的定位精度,定位结果比较接近参考轨迹。本文提出的基于EKF的UWB/LiDAR组合定位模型,实现了复杂室内环境下的高精度定位。     

基于GNSS/UWB的室内外连续定位方法

全球卫星导航系统(GNSS)与超宽带(UWB)等定位系统在室内外复杂环境下作用范围有限,并且单一定位源均无法获得从室外到室内连续可靠的定位结果等问题,针对北斗卫星导航系统(BDS)+GPS/UWB松组合定位方法展开研究,设计了室内外动态定位实验与过渡区域静态定位实验,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对定位误差状态进行最优估计,并对BDS+GPS组合、UWB以及BDS+GPS/UWB松组合三种定位模式进行分析评价.实验结果表明：在室内外的过渡区域,BDS+GPS/UWB松组合改善了GNSS-实时动态定位(RTK)的定位精度,扩展了GNSS-RTK的作用范围;BDS+GPS/UWB松组合相比于各单一定位源在一定程度上提高了系统从室外到室内定位的连续性与定位结果的可用性.     

GPS-RTK/UWB紧组合精密动态定位性能分析

为克服GPS-RTK定位在复杂环境下由于信号遮挡,可视卫星数量不足等原因无法获取厘米级高精度定位结果的不足,研究将超宽带(UWB)短距离高精度定位系统与实时动态(RTK)进行紧组合来提高复杂环境下动态定位的精度.依据UWB定位原理,给出了GPS-RTK/UWB紧组合数学模型,详细介绍了数据处理流程.滑轨动态实验结果表明...     

固定区间平滑滤波增强UWB/INS/NHC组合算法研究

针对当前室内位置服务技术难以同时满足定位的高精度性、连续性和和可靠性等显著问题,本文提出了一种多传感器数据融合室内定位算法,综合利用超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)的室内高精度定位特性、惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)的自主定位和短期高精度定位特性,在非完整性约束模型(Non-Holonomic Constraint,NHC)的辅助下,采用固定区间平滑滤波,实现室内高精度连续定位.实测数据分析结果表明:1)UWB能实现分米级的定位和测速精度;2)在INS、NHC和固定区间平滑滤波的辅助下,可实现厘米级的平面定位精度和分米级的高程定位精度,测速精度达到优于3 cm/s;3)在UWB定位性能较差的环境下,NHC、INS和RTS对UWB定位性能的改善最为明显.     

零速修正与完备监测在UWB/MEMS IMU组合中的应用

针对超宽带(UWB)在室内定位过程中受非视距环境影响易出现粗差以及微机电系统(MEMS)惯性测量单元(IMU)定位误差随时间快速发散的问题,该文提出了采用自适应卡尔曼滤波的UWB/MEMS IMU组合的室内定位方法,并通过自主完好性监测算法对UWB测距异常值进行剔除,将零速修正算法加入到组合定位系统中,抑制在UWB数据中断情况下MEMS IMU误差的发散。实验结果表明,在UWB存在中断的复杂室内环境下,UWB/MEMS IMU组合定位的平面定位精度在0.2 m以内,自主完好性监测与零速修正能有效地提高组合定位系统的精度与稳定性。     

城市场景智能手机GNSS/MEMS融合车载高精度定位

智能手机凭借其普遍性、便携性和低成本等优势,已成为大众用户导航与位置服务的主流终端载体,其多频多系统GNSS（global navigation satellite system）观测值的开放进一步激发了手机高精度定位的研究。然而,受限于消费级GNSS器件性能,手机卫星观测值呈现出信号衰减严重、伪距噪声大、粗差周跳多等问题;并且受城市复杂环境影响,手机GNSS定位的连续性、可靠性也难以保证。提出一种城市场景手机GNSS/ MEMS（micro-electro mechanical system）融合的车载高精度定位方案。首先,构建了速度约束的GNSS差分定位模型;然后,通过手机内置MEMS与车辆运动约束,在挑战环境下进行GNSS/MEMS融合精密定位。实验结果表明,在开阔和树荫场景下,速度约束方法可达到分米至米级定位精度,相比于常规方法分别提升了35.2%和78.9%;在高架场景下,GNSS/MEMS融合定位的精度和连续性均提升显著;在隧道场景下,MEMS推算位置累积误差约为2.5%。实验结果初步表明,手机GNSS具备开阔环境下的车道级定位能力,手机GNSS/MEMS融合可提升城市复杂环境下车载定位的精度和连续可用性。     

利用UWB/LiDAR里程计的室内高精度定位方法

针对超宽带(UWB)室内高精度定位中,易受非视距(NLOS)误差而导致定位不连续的问题,该文首先采用小波变换对RTT解算的测距异常值进行削弱,然后将UWB与LiDAR进行组合,综合利用UWB测距值以及LiDAR里程计所提供的距离和角度信息构建量测方程,最后通过扩展卡尔曼滤波进行定位解算.实验结果表明,该文提出的UWB/...     

基于SLAM/UWB的室内融合定位算法研究

精确且稳定的自主定位是移动机器人在室内环境下实现自主导航的前提,针对室内定位中视觉即时定位与地图构建(SLAM)存在的累计误差以及环境因素导致超宽带(UWB)定位精度下降的问题,提出一种基于SLAM/UWB的室内融合定位算法. 首先该算法以扩展卡尔曼滤波(EKF)为基础,将UWB的全局定位坐标和视觉SLAM位移增量进行融合,但考虑到测量噪声易受复杂环境影响,引入阈值检测和自适应测量噪声估计器,以抑制异常值和时变测量噪声对滤波器性能的影响,最后使用智能移动小车在不同的室内场地下进行实验. 实验表明:该算法优于单一的UWB或者视觉SLAM定位方式,并且在复杂室内环境下比传统EKF算法拥有更稳定的定位效果.      

Locata定位系统的时间同步机制

Locata系统是一种新型的高精度地基定位系统,它既可以与现有的全球导航卫星系统(GNSS)无缝对接,也可以在卫星信号失效时独立提供定位服务。Locata系统的定位精度可以达到厘米级,其关键技术是高精度(纳秒级)的时间同步技术。文中通过分析Locata系统的定位原理,对Locata系统独特的时间同步技术进行了研究,详细描述了其时间同步机制和技术实现方案,并给出了时间同步的具体流程和步骤。该研究可为我国研制地基伪卫星定位系统提供参考。      

地下综采面超宽带自组网人员定位系统

针对地下综采面人员低精度甚至难定位问题,该文提出了地下综采面超宽带自组网人员定位系统及方法。该方法简单、系统易于实现,只需3个已知超宽带(UWB)基站坐标即可实现综采面所有UWB基站坐标传递和高精度人员定位。在一端确立3个已知坐标的综采面内布设UWB基站,然后UWB自组网解算整个综采面所有UWB基站坐标,最后通过UWB定位算法获取人员高精度坐标。实验表明,该方法能有效实现综采面人员定位,定位精度达0.08m,点位精度小于0.1m的精度可靠性为82%。     

一种基于智能手机的实时高精度定位系统开发与车载应用测试北大核心CSCD

手机GNSS芯片可支持多模GNSS观测信号,其提供的原始观测量为高精度导航定位提供了可能,智能手机高精度导航定位成为研究热点之一。本文首先基于自研的反向RTK算法,设计并开发了一套基于智能手机的实时高精度定位系统,降低手机的计算压力;然后基于智能手机小米8,进行了大范围(覆盖深圳、武汉、北京)、多场景(城市开阔/遮挡,高速开阔/遮挡)的动态车载应用测试,用于验证系统的可靠性和可用性。测试结果表明:系统在各场景下均能稳定有效运行,在开阔环境下,小米8可实现亚米级的实时动态定位精度,精度最优可达0.21 m。     

BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点

随着中国BeiDou系统与欧盟Galileo系统的出现以及俄罗斯GLONASS系统的恢复完善,过去单一的GPS导航卫星系统时代已经逐步过渡为多系统并存且相互兼容的全球性卫星导航系统(multi-constellation global navigation satellite systems,multi-GNSS)时代,多系统GNSS融合精密定位将成为未来GNSS精密定位技术的发展趋势。本文采用GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 4大卫星导航定位系统融合的精密单点定位(precise point positioning,PPP)实测数据,初步研究并分析了4系统融合PPP的定位性能。试验结果表明:在单系统观测几何构型不理想的区域,多系统融合能显著提高PPP的定位精度和收敛速度。4大系统融合的PPP收敛速度相对于单GNSS可提高30%~50%,定位精度可提高10%~30%,特别是对高程方向的贡献更为明显。此外,在卫星截止高度角大于30°的观测环境下,单系统由于可见卫星数不足导致无法连续定位,而多系统融合仍然可以获得PPP定位结果,尤其是水平方向具有较高的定位精度。这对于山区、城市以及遮挡严重的区域具有非常重要的应用价值。     

5G与高精度定位融合在军事物流仓储中的应用

军事物流仓储对军事物流具有加速军用物资流转,提高军事物流效率和质量的作用,其现代化、信息化建设均需要通信技术与定位技术支撑。随着5G通信技术与室内外高精度定位技术的发展,研究北斗导航定位系统、UWB等高精度室内外定位组合与5G通信融合对军事物流仓储现代化建设应用具有重要意义。针对军事物流仓储建设需要和特点要求,本文对自主可控的室内外高精度组合、5G通信方式、室内外定位无缝衔接、系统总体架构及定位网与5G通信融合进行了研究,指出了高精度定位网与5G通信网建设对军事物流仓储建设发展具有重大影响。     

面向城市复杂环境的3种多频多系统GNSS单点高精度定位方法及性能分析

城市智能交通、自动驾驶等对高精度动态定位的需求为分米级甚至厘米级,但在城市复杂环境下信号遮挡、衰减和多径频繁发生,GNSS定位的可用性和精度严重降低。本文充分利用现有可用的多频多系统GNSS(GPS/BDS/Galileo/QZSS)数据,采用最新提出的单历元PPP宽巷模糊度固定方法(PPP-WAR),并与传统PPP方法和广域伪距增强精密定位方法进行对比试验,分析了这3种单点高精度定位方法在大都市高楼密布道路、小城镇狭窄道路和工业区开阔道路3种不同信号遮挡条件下的车载动态定位性能。结果表明,目前城市环境中的三频数据完整性高达94%以上,可满足基于多频GNSS单历元定位的需求。粗差阈值设定为3 m时,单历元PPP-WAR解在小城镇狭窄道路的水平定位误差RMS为0.41 m,达到了分米级定位精度,比广域伪距增强精密定位解和传统PPP解分别提高了53.9%和21.2%;3种方法在大都市高楼密布环境下的定位可用性均高于70%,在另外两种城市环境下的定位可用性均高于90%。粗差阈值0.5 m时,单历元PPP-WAR方法和传统PPP方法在小城镇狭窄道路环境中可用性依然可达~70%。单历元PPP-WAR方法受城市环境中4种典型地物(地下通道、高架桥、行道树和高楼)的影响最小。总之,在干扰因素多的城市复杂环境中单历元PPP-WAR方法更具优势,在干扰因素少的城市开阔环境中传统PPP方法更优。     

GNSS/地磁组合的室内外无缝定位平滑过渡方法

针对室内外无缝定位在室内外过渡点精度低、不能平滑自动切换等问题,结合GNSS定位技术以及室内地磁指纹节点的组合方法来实现室内外无缝定位及导航。由于从室外至室内时接收机接收到的卫星星数减少、GDOP值逐渐增加、定位的误差增大,因此室内地磁定位精度逐渐优于GNSS定位精度,在两个定位精度临界点通过分析计算得出GDOP最优转化范围值,进行平稳切换。此次试验仿真结果表明,GDOP在3~3.5进行切换与单一GNSS或地磁方法定位的精度相比,分别提高85.7%和82.6%,从而达到了室内外的高精度无缝定位,填补了国内外在室内外无缝定位上没有合适的切换界定的空白。     

伪卫星增强CORS定位系统的研究

随着城市规模迅速发展,伪卫星增强CORS系统将有望成为城市实现高精度全地域无缝定位的有效途径之一。本文介绍了CORS定位系统和伪卫星定位的一般原理,探讨了伪卫星增强CORS定位系统范围和定位精度的理论和方法,分析了该定位模式的一般问题。     

复杂环境下的超宽带高精度定位算法

针对相对于室外更为复杂的室内或者灾害环境中,全球导航定位系统(GNSS)信号受到严重影响导致定位精度下降甚至会无法定位的问题,该文充分利用了超宽带(UWB)极高的时间分辨率、优异的抗多径能力和非视距(NLOS)环境下较强的穿透力,从信号传播层面改进定位算法,通过经验值判断测量环境,在基准站与移动站之间不存在障碍物遮挡的情况下,通过UWB定位模型进行定位并通过卡尔曼距离滤波模型去除噪声;在基准站与移动站之间存在障碍物且在信号可以穿透障碍物的情况下,通过路径损耗模型实现对NLOS误差的粗略估计,在此基础上加入卡尔曼距离滤波模型做进一步估计,进而以此估计值对定位结果进行改正。基于室内环境下的实测实验结果表明:无论静态或者动态,在产生NLOS误差导致定位结果轨迹与实际参考轨迹差别较大的时候,该文定位算法会对定位结果有较好的改正,通过经验值判断的方法可实现复杂环境下较好的定位。     

低成本μ-blox单频多系统GNSS接收机的定位性能分析

随着大众市场对高精度定位需求增加,基于低成本小型化设备的全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位成为研究热点之一. 本文以低成本多系统GNSS接收机μ-blox M8P型号为例,分析其观测数据质量,研究其伪距单点定位和单频载波相对定位的定位性能和特点,为低成本GNSS接收机高精度定位应用提供参考. 实验结果表明,与测量型接收机相比,μ-blox输出GNSS观测值的载噪比略小,伪距和载波相位的测量噪声较大. 静态模式下,μ-blox的单频载波相对定位(基线长度约为430 m)可以提供厘米级的定位精度;城市环境动态模式下,其单频载波相对定位可提供亚米级至米级的定位精度. 信号受限环境下,GPS／GLONASS双系统能够提供更稳定的定位结果.