泛在环境下精确无线定位关键技术研究

Ubiquitous localization technologies are to provide accurate information of anyone's position in anytime and anywhere. Therefore, the accuracy of the wireless localization and the seamless navigation become very critical for the heterogeneous network of ubiquitous environment. This research project will focus on studying the key technologies for the future wireless localization systems, which include signal processing, data fusion and artificial intelligence, and presenting the localization scheme utilizing the ubiquitous wireless signals. The main research contents include the following four themes: 1) Improving the performance of wireless localization technologies of the localization scheme for the next generation cellular communication systems using interference cancellation and beamforming; 2) Optimizing the time synchronization and the cooperative localization technology, and improving the localization technology of the localization scheme with low-earth-orbit satellite signals; 3) Improving the performance of the traditional indoor wireless localization, and designing "localization relay" technologies for tunnel wireless channels; 4) Realizing the seamless wireless localization through improved data-fusion algorithms; 5) Proposing brand new research topics related to adaptive wireless localization systems. Through the above research targets, we expect to design a fast, precise and robust wireless localization technology for ubiquitous environments.

泛在精确定位是指在任意时间、地点，在统一时空基准下，为人和物提供所需的精确位置信息的技术。提高泛在环境、异构网络中的无线定位精度，实现无缝导航成为亟待解决的技术问题。本课题将基于统计信号处理、数据融合、人工智能等理论，研究未来无线定位系统中的关键技术，实现利用泛在信号的精确定位方案，具体研究内容包括：1.采用干扰抑制，波束赋形等技术，对定位方案中利用蜂窝移动通信系统的定位技术进行改进；2.优化时间同步和协作定位技术，对方案中利用低轨道卫星信号的定位技术进行优化；3.改进传统室内定位的优化算法，并针对隧道场景，提出"定位中继"方案；4.改进数据融合算法，实现无缝定位；5.开创研究自适应进化定位系统等前沿课题。力图通过对上述内容的研究，提出适用于泛在环境、具有快速、精确和鲁棒性等特点的无线定位方案。

随着无线通信技术的飞速发展，各个领域对位置信息的需求呈现爆炸式增长。定位系统作为一个国家重要的基础设施，是民航、地面交通、通信系统、授时服务等重要行业的基础保障，因此定位系统的有效性，是社会发展和现代生活的重要基础保障条件。然而，由于GPS（Global Position System，全球卫星定位系统）在室内、微蜂窝小区等环境下难以完成定位。因此，高精度的非导航卫星定位方法是未来影响社会发展的关键技术。.首先，在下一代蜂窝网络中，结合鉴别消除技术和解算优化方法的优点，分别利用距离几何滤波算法和距离几何约束算法对NLOS误差进行进一步校正，从而优化测量值，得到更高的定位精度；针对一些通信网络环境的严苛产生了可测性问题而不能对移动节点完成定位的问题，项目组提出一种基于TOA技术的采用多圆相交方式的协作定位估计算法，其精度比最小二乘算法提高了一半左右；针对多径传播严重影响定位精度的问题，提出两种路径推测定位方法；最后将定位算法延伸至无线传感网中，解决无线传感网异构锚节点时延同步问题。其次，针对低轨道卫星定位技术的研究，主要提出了一种基于参考站的低轨双星定位算法，此算法基于到达时差（TDOA）和到达频差（FDOA），将时间同步、定位与具有未知位置的静态参考锚连接在一起，仿真结果表明，我们的测量模型具有很好的拟合性，所提出的估计器可以成功地跟踪接收器位置和其相对于参考锚点的速度，并且具有良好的精度。再次，在基于空间受限的室内环境中，研究了基于支持向量机算法的指纹匹配定位技术，通过对采集数据质量分析，更精确的建立符合定位环境的指纹库，实现较高定位精度，并设计实现相应室内定位系统；在基于车载隧道场景下，提出“中继定位”的概念，将RSSI与航迹推算结合，补偿由高速运行带来的瞬移误差，并且利用UAV辅助进行其他一些受限环境的列车定位优化。仿真结果表明，相对于直接定位方式，本文提出的中继定位方案能有效的提高列车内部移动终端的定位精度。最后，对于定位信息融合及泛在环境下无缝切换，基于定位精度加权的数据融合的无缝定位方法，采用了Wi-Fi 信号和运动传感器结合进行室内定位，GPS进行室外定位的方案，并设计了一种高精度的室内外无缝定位切换策略，同时消除了在以往切换过程中可能出现的乒乓效应情况。