基于改进全质心-Taylor 的 UWB 定位方法
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TH70 TN92

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国家自然科学基金(52162046)项目资助


Improved full-centroid-Taylor based UWB localization
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    摘要:

    针对非视距(NLOS)、多径效应等因素对超宽带(UWB) 定位精度的影响,提出了一种基于改进全质心结合 Taylor 的 UWB 协同定位算法。 立足于 3 个及以上数量的定位基站,将所有基站每 3 个分为一组,通过双边双向法解算各组的测距数据 并基于全质心算法计算相应的全质心坐标值,然后通过模拟退火算法对“伪质心”点坐标进行优化。 将优化结果作为第 1 个初 值进行 Taylor 展开迭代求解,得到第 2 个初值;进一步地,将第 2 个初值作为量测值,结合粒子滤波进行优化,得到载体运动时 每一点的精确定位坐标。 仿真和实验结果表明,与传统结合 Taylor 展开方法的 Chan-Taylor 和加权最小二乘-Taylor 的 UWB 定 位算法相比,所提算法在静态和动态定位场景下定位精度均有明显优势,经粒子滤波后可有效提高复杂场景下的定位精度,体 现出了较高的鲁棒性。

    Abstract:

    To address inaccurate positioning caused by non-line-of-sight ( NLOS) and multipath effects, we propose an enhanced cooperative ultra-wideband (UWB) positioning algorithm based on the full-centroid-Taylor approach. In scenarios involving three or more positioning base stations, the stations are grouped into sets of three. For each group, ranging data is initially processed using the bilateral bi-directional method, and positioning coordinates are then estimated using the full-centroid algorithm. The coordinates of the ‘pseudocentroid’ point are subsequently optimized using a simulated annealing algorithm. This optimized result serves as the initial value for a Taylor series expansion, which provides a refined initial estimate. Particle filtering is then applied using this refined value to obtain precise positioning coordinates during carrier movement. Simulation and experimental results indicate that, compared to traditional UWB positioning algorithms based on Chan-Taylor and WLS-Taylor methods, the proposed algorithm significantly improves positioning accuracy in both static and dynamic scenarios. Furthermore, the application of particle filtering enhances positioning accuracy in complex environments, demonstrating the robustness of the algorithm.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

杨秀建,皇甫尚昆,敖 鹏,颜绍祥.基于改进全质心-Taylor 的 UWB 定位方法[J].仪器仪表学报,2024,45(10):284-294

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  • 在线发布日期: 2025-01-03
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