無線定位技術

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 無線定位與基於位置的服務 1
1.1.1 無線定位的基本概念 1
1.1.2 節點的可定位性 2
1.1.3 基於位置的服務 3
1.2 定位技術的分類 6
1.2.1 視覺定位與非視覺定位 6
1.2.2 室外定位與室內定位 7
1.2.3 單目標定位與多目標定位 8
1.2.4 絕對定位與相對定位 8
1.2.5 集中式定位與分佈式定位 8
1.2.6 測距定位與非測距定位 9
1.3 定位技術的評價標準 9
1.3.1 均方誤差與均方根誤差 9
1.3.2 克拉默-拉奧下界 10
1.3.3 幾何精度因子 11
1.3.4 圓/球概率誤差 12
1.4 無線定位技術的應用領域與發展趨勢 12
1.4.1 無線定位技術的應用領域 12
1.4.2 無線定位技術的發展趨勢 14
參考文獻 15
第2章 無線定位中的通信技術 17
2.1 Wi-Fi技術 17
2.1.1 Wi-Fi技術概述 17
2.1.2 Wi-Fi的物理層 19
2.1.3 Wi-Fi的MAC層 21
2.1.4 Wi-Fi網絡的入網過程 23
2.2 ZigBee技術 25
2.2.1 ZigBee技術概述 25
2.2.2 ZigBee的設備與拓撲 26
2.2.3 ZigBee的體系架構 28
2.2.4 ZigBee各層的主要功能 29
2.2.5 ZigBee的組網 32
2.3 UWB技術 36
2.3.1 UWB技術概述 36
2.3.2 UWB的物理層 38
2.3.3 UWB的MAC協議 41
2.3.4 UWB的組網 42
2.4 藍牙技術 43
2.4.1 藍牙技術概述 43
2.4.2 藍牙的協議棧架構 45
2.4.3 藍牙連接的建立 46
2.5 RFID技術 49
2.5.1 RFID技術概述 49
2.5.2 RFID的工作原理 50
2.5.3 RFID的工作頻段 51
參考文獻 54
第3章 無線定位的基本原理 56
3.1 距離測量方法 56
3.1.1 基於RSSI的距離測量 57
3.1.2 基於TOA的距離測量 58
3.1.3 基於TDOA的距離測量 59
3.1.4 基於AOA/DOA的距離測量 60
3.1.5 基於PDOA的距離測量 61
3.2 基本測距定位算法 62
3.2.1 三邊定位法 63
3.2.2 三角定位法 63
3.2.3 極大似然估計法 64
3.2.4 最小二乘法 65
3.2.5 多維尺度法 67
3.2.6 指紋定位法 69
3.2.7 慣導定位 70
3.2.8 地磁定位 72
3.3 基本非測距定位算法 73
3.3.1 質心定位法 73
3.3.2 APIT定位法 74
3.3.3 DV-Hop定位法 75
3.3.4 MSP定位法 76
3.3.5 凸規劃定位法 79
3.3.6 Spotlight定位法 80
參考文獻 81
第4章 無線定位的進階算法 84
4.1 提高測距精度 84
4.1.1 近場電磁測距優化 84
4.1.2 基於計時誤差抑制的TOA 測距優化 86
4.2 移動信標輔助的定位 88
4.2.1 移動信標定位的基本原理 88
4.2.2 LMAP定位算法 89
4.2.3 定向天線定位算法 90
4.3 機會定位 95
4.3.1 機會相遇的建模 95
4.3.2 機會定位的位置求解 97
4.3.3 利用機會感知增強定位能力 98
4.4 基於壓縮感知的定位 99
4.4.1 壓縮感知的基本原理 99
4.4.2 基於壓縮感知的兩階段多目標定位 100
4.4.3 基於壓縮感知的目標軌跡測繪 102
4.5 被動定位 103
4.5.1 被動定位的基本原理 104
4.5.2 射頻層析成像算法 105
4.5.3 被動定位中的環境噪聲消除 109
參考文獻 110
第5章 目標定位的濾波處理 112
5.1 卡爾曼濾波 112
5.1.1 卡爾曼濾波概述 112
5.1.2 一個簡單的卡爾曼濾波實例 114
5.1.3 卡爾曼濾波的數學描述 117
5.1.4 卡爾曼濾波在目標跟蹤中的應用 120
5.2 擴展卡爾曼濾波 124
5.2.1 擴展卡爾曼濾波的原理 124
5.2.2 擴展卡爾曼濾波在機器人定位中的應用 129
5.3 無跡卡爾曼濾波 134
5.3.1 無跡卡爾曼濾波的原理 134
5.3.2 無跡卡爾曼濾波在目標定位中的應用 138
5.4 粒子濾波 139
5.4.1 粒子濾波的原理 140
5.4.2 粒子濾波在機器人定位中的應用 143
參考文獻 145
第6章 定位中的非視距處理 146
6.1 視距傳播與非視距傳播的定義 146
6.2 NLOS傳播對定位的影響 147
6.2.1 NLOS傳播對RSSI測距的影響 147
6.2.2 NLOS傳播對AOA和DOA測距的影響 147
6.2.3 NLOS傳播對TOA和TDOA測距的影響 148
6.3 目標定位中的NLOS 識別 148
6.3.1 殘差檢驗法 149
6.3.2 誤差統計法 150
6.3.3 能量檢測法 151
6.3.4 神經網絡算法 152
6.4 目標定位中的NLOS 抑制 153
6.4.1 濾波算法 153
6.4.2 半參數算法 157
6.4.3 能量檢測法 157
6.4.4 數據庫法 158
6.5 目標定位中的NLOS利用 159
6.6 NLOS輔助的目標定位 161
6.6.1 NLOS與LOS混合場景下的目標定位 161
6.6.2 僅有NLOS信息場景的目標定位 168
參考文獻 171
第7章 衛星定位技術 173
7.1 衛星導航定位系統概述 173
7.1.1 GPS(全球定位系統) 173
7.1.2 GLONASS衛星導航系統 176
7.1.3 Galileo衛星導航系統 177
7.1.4 北鬥衛星導航系統 179
7.2 衛星定位的基本方法 181
7.2.1 測碼偽距法定位 181
7.2.2 測相偽距法定位 185
7.2.3 差分定位 187
7.3 GPS衛星的導航定位信號 190
7.3.1 GPS導航定位信號概述 191
7.3.2 GPS信號測距碼 191
7.3.3 導航電文 194
7.4 GPS信號接收機 195
7.4.1 GPS信號接收機的基本結構 195
7.4.2 GPS信號接收機的工作原理 198
7.5 整周模糊度 201
7.5.1 整周模糊度概述 201
7.5.2 觀測值域內方法 202
7.5.3 LAMBDA方法 203
7.6 GPS定位中的誤差源 204
7.6.1 GPS誤差分類 204
7.6.2 減少或消除誤差的措施 206
參考文獻 207
第8章 特殊場景的無線定位 209
8.1 煤礦場景的無線定位 209
8.1.1 煤礦場景無線定位的特點 209
8.1.2 基於雙標簽節點的目標定位 212
8.1.3 基於證人節點的目標定位 214
8.1.4 基於煤礦巷道特徵的定位 219
8.2 水下場景的無線定位 222
8.2.1 水下場景無線定位的特點 223
8.2.2 基於AHP和灰度理論的水下目標定位 224
8.2.3 水下AUV定位 229
8.3 救災場景的無線定位 231
8.3.1 救災場景無線定位的特點 232
8.3.2 基於加權DS證據理論的救災場景定位 234
8.3.3 基於智能手機的災後受困人員定位 238
參考文獻 241