基于卫星导航的铁路列车控制系统自主定位技术研究进展

基于卫星导航的车载自主化列车控制是智能铁路技术体系的关键组成部分。对中国列车控制系统体系架构进行了梳理,分析了列控专用列车自主定位基本结构及与列控系统的接口模式。结合列车运行控制对安全性的特定需求,探讨了列车自主定位性能需求体系,介绍了国内外基于卫星导航的新型列车控制系统的发展情况,阐述了列车自主定位技术内涵及主要研究进展,从多源感知融合无缝定位、列车卫星定位主动增强、定位专用轨道地图数据库、自主定位性能测试评估等多个方面进行了全面系统的梳理和分析,介绍了伪卫星增强列车定位、轨旁卫星定位增强网络、地理分布式零现场虚拟测试设施等典型成果,并对前沿技术运用演进、关键场景融合优化、复杂环境安全防护、跨层协同全息感知、专用标准规范体系等未来发展方向进行了展望。     

面向室内场景的惯性磁感应定位方法

针对卫星拒止的室内导航问题，在现有磁信标定位技术的基础上，通过分析低频旋转磁场的特点，建立了一种不受传感器姿态和磁信标磁矩信息影响的磁感应矢量夹角观测模型，并结合MEMS惯性导航的误差模型提出了一种以磁感应矢量夹角的正余弦值为量测信息的惯性磁感应动态定位方法，避免了磁传感器姿态误差和磁矩误差对定位结果的影响。利用实验室的双轴磁信标实验系统进行静态测试，验证了磁感应定位模型具有不受传感器姿态、环境中遮挡物以及磁矩影响的特点；通过数值仿真的方式对基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的惯性磁感应定位方法进行验证，结果表明该方法能有效地抑制惯性导航的发散，且位置最大误差小于0.75 m，满足大多数室内场景下的高精度导航定位需求。     

通信导航一体化技术研究进展

近年来,大众对泛在位置服务的需求不断增长,卫星导航在室内等场景下覆盖能力不足,已无法满足人们的需求。由于通信信号覆盖范围广、用户数量大、信号频带宽,将通信信号用于定位可成为卫星导航的有效补充。在此背景下,随着通信和定位技术的快速发展,通信和导航的耦合程度不断加深,产生了通信导航一体化技术(CPIT),并成为了国内外的研究热点。通信系统中毫米波、多入多出(MIMO)、波束成形等技术为CPIT的发展带来了新的契机。首先介绍了CPIT的演进过程;然后就CPIT中的关键技术进行了总结并分析了其研究现状;最后对CPIT的发展进行了展望。     

一种基于无线信号辅助的室内无死角定位算法

针对传统惯性导航系统定位误差随时间积累的问题,提出了一种基于无线信号辅助定位的室内无死角定位算法。该算法首先利用加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等传感器数据实现三维定位,然后利用无线信号对惯导定位中的位置偏差进行实时校正,再通过航向最优估计算法对航向误差进行修正,在位置和航向上增强惯导系统的实用性。利用实验室自主研发的微惯性测量单元固定在腰部脊椎位置进行实验验证,结果显示基于无线信号辅助的室内无死角定位算法精度达到1%以内,与纯惯导技术相比,能够提供更持久和准确的三维位置信息。     

基于WLAN的室内定位方法研究

室内定位技术是指当携带定位设备的人或物处于室内环境时,携带者或外部监控系统获取其室内位置信息的技术。选取了目前应用前景较为广泛的WLAN定位技术进行研究,阐述了WLAN室内定位技术的基本原理,对比分析了目前两大WLAN定位技术:三边定位法和指纹定位法。针对现有技术的不足提出了新算法进行优化和改进,选取实际环境设计实验验证算法性能,结果表明新算法综合现有技术优点,可在降低成本的同时提高精度并减少运算时间。     

移动网络定位研究进展

定位构建人与万物和网络之间的时空桥梁,具有巨大的经济和社会价值。移动网络具有大带宽、多天线、高覆盖率等特点,在定位领域具备独特的优势,尤其在卫星信号覆盖不足的区域或多径丰富的场景,可以对卫星定位系统提供重要的补充,实现高精度、高可用性定位。从基于非参数估计和参数估计的移动网络定位关键技术、移动网络定位面临的技术挑战和移动网络定位相关标准等几个方面综述了移动网络定位的研究进展,并对移动网络定位技术趋势给出了展望。     

基于因子图的卫星拒止环境下的多信息融合技术

目前，几乎所有军用和民用系统都依靠基于卫星的组合导航系统来获取导航定位信息。但卫星信号在都市、室内、地下等环境中容易受到干扰，使得导航结果精度降低。为了解决在卫星拒止环境下的导航定位问题，选用基于因子图的信息融合算法，来实现不同采集频率的导航数据信息的融合。实地跑车试验表明，该方法能在卫星信号失效情况下，实现多传感器信息快速有效融合，确保系统导航精度，提升卫星拒止环境下载体导航定位能力。     

一种利用栅格光源特征编码的室内定位技术

目前,几种主流的室内定位技术分别存在定位精度低、设备成本高、易受环境干扰等一种或多种缺点,基于可见光通信的室内定位技术成为了研究热点。不同于主流的室内定位技术,提出了一种利用栅格光源特征编码的室内定位方案,先使光源照射区被划分为栅格,再用光源闪烁传递栅格特征信息,用户端接收闪烁光信号,对其解码实现定位。利用的编码方式结构巧妙,可以有效避免误读,同时相邻栅格编码相似度高,有利于跨栅格定位。在实验室中,以普通投影仪生成栅格光源,以市售安卓智能手机为用户终端,在较理想条件下的测试表明,该方案在动态和静态情况下均可确定用户位置,定位精度达到半个栅格,定位准确率达到100%。     

基于WiFi指纹库的室内定位研究进展和展望

首先简要说明了室内定位技术中WiFi定位的优势;然后通过梳理WiFi指纹库的室内定位相关技术研究,简要阐述了WiFi信号的相关特性,并以实验作为佐证,重点介绍了信号传播模型、指纹库构建方法、指纹信号匹配准则和不同手机对WiFi信号敏感差异的标校等相关技术进展;最后,简要介绍了WiFi室内定位技术的未来发展趋势。     

视觉与惯性融合的多旋翼飞行机器人室内定位技术

随着人工智能技术的发展，无人机的应用场景趋向多元，人们对无人机的需求也不仅仅满足于简单的飞行任务，而是赋予其飞行机器人的角色，对其自主导航、复杂环境下的定位以及智能协同方面提出了更高的要求。针对室内场景下的定位需求，融合视觉与惯性数据实现了多旋翼飞行机器人的室内定位。在视觉前端加入图像增强算法以提高图像灰度对比度，减少了光流跟踪的误匹配点数。提出了一种基于图像信息的特征点提取和图像帧发布策略提高了定位精度，解决了室内环境下的定位漂移问题。针对飞行机器人室内自主跟踪及降落任务，设计了基于视觉定位的飞行机器人自主降落系统。在Gazebo中搭建飞行机器人模型仿真验证自主降落系统有效性，在EuRoC数据集下对定位算法进行对比评估，搭建飞行机器人平台在真实场景下进行室内定位实验，完成了室内场景下平台自主跟踪及降落任务，并采用运动捕捉系统获取的定位真值数据进行了误差分析，结果表明该定位技术满足室内场景下的自主跟踪及降落任务需求。     

城市建筑室内外无缝应急救援定位技术

应急救援定位技术的发展关系到救援人员和受害人员的生命安全。首先，对应急定位与普适定位进行了对比，总结了应急定位的主要特征，阐述了应急定位系统的精度、连续性等技术指标。之后，分析了不同传感器在应急场景下的可用性，对相应传感器在应急定位领域中的融合和应用进行了综述。最后，围绕坐标基准、知识图谱、多源协同、智能控制四项关键技术架构室内外无缝应急救援定位系统，总结了构建流程。其中，坐标基准将室内和室外、相对定位和绝对定位统一，而知识图谱综合权威发布信息和灾害场景信息进行决策，不仅可以辅助多源融合中传感器的选择、传感器无缝切换以及故障传感器隔离，还能协调智能控制中救援设备的调度、救援设备之间和救援设备与人员之间的协同定位。     

基于MEMS/UWB组合的室内定位方法

在深入研究超宽带（UWB）与车载低成本MEMS的定位原理和算法的基础上,提出了采用UWB辅助MEMS定位的算法,以抑制MEMS的发散并提高定位精度。设计了两者的融合定位算法,完成了基于MEMS/UWB的室内定位技术研究。最终试验运动253.4m,MEMS定位误差小于0.61m,MEMS/UWB融合定位误差小于0.07m。试验结果表明,MEMS/UWB算法与单独的MEMS定位算法相比,有效地提高了定位精度与定位稳定性。     

精密测量中等分定位概念的探讨

针对任意实际路程,研究了等分和定位诸多实际需要的技术和理论,阐述了以等分为手段,以定位为目的的等分定位概念。     

星历误差对双星定位系统定位精度的影响

双星定位系统是我国自行研制开发的一种区域性卫星定位系统,其定位体制与 GPS 不同,并且其定位精度受到诸多因素的影响,其中星历误差的影响是不可忽略的因素。文中重点研究了星历误差对其定位精度的影响,并推导出了其数学误差模型,在一定条件下给出了其仿真结果,为分析其他误差因素对其定位精度的影响奠定了基础。     

北斗单点定位的误差补偿方法

北斗是我国自主研制的卫星导航定位系统,当前北斗的单点定位精度优于10m。为提高该系统的定位精度,必须对由其误差源引起的定位误差进行修正。基于对北斗卫星导航系统的组成、定位算法及定位误差的认识,对导航系统定位中星历误差、电离层误差和对流层误差进行了深入分析,提出了减小星历误差的曲面模型、减小电离层误差的双频组合消电离层模型和减小对流层误差的高精度区域融合模型的单点定位误差补偿方法,并应用Matlab软件对修正模型方法进行仿真计算。对比修正前后的定位结果,修正后的定位误差更小,证明了所提出的修正模型是可行的。     

基于线性调频扩频的单基站室内定位系统研究

基于WLAN、蓝牙等无线信号的室内定位系统在布设与组网阶段需要布设大量的节点,在推广过程中严重受制于布设成本,因而提出了一种基于线性调频扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)信号的单基站室内定位系统及相关定位算法,结合使用线性调频测距方法与自主角度估计方法,测距精度优于1m,测角精度达1.5°,可为地下停车场等人员相对稀疏、定位精度需求相对较低的应用场景提供低成本的覆盖。经过室内停车场场景试验,该室内定位系统可在仅使用单一基站情况下,在约60m半径内提供1~3m的定位精度。     

基于惯性导航/无线传感器网络组合的采煤机定位方法研究

采煤机是井下综采工作面的重要设备，采煤机精确定位技术是煤矿生产装备自动化的关键技术之一。为了实现高精度定位满足井下综采自动化作业需求，提出了基于惯性导航/无线传感器网络组合的采煤机定位方法。采用锚节点安置于液压支架上，移动节点与惯导固定安装于采煤机上的配置方案，利用位置已知的锚节点测距信息估计和修正惯导误差，同时实施对安置于推进过程中的液压支架上锚节点（未知节点）位置信息的实时校准，从而达到采煤机高精度定位、无线传感器网络节点动态自动调节的目的。通过试验对所提方法的有效性进行了验证，结果表明，所釆用方法对釆煤机轨迹具有良好跟踪性能，水平定位误差不超过1.57 cm/h。