无线定位技术

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 无线定位与基于位置的服务 1
1.1.1 无线定位的基本概念 1
1.1.2 节点的可定位性 2
1.1.3 基于位置的服务 3
1.2 定位技术的分类 6
1.2.1 视觉定位与非视觉定位 6
1.2.2 室外定位与室内定位 7
1.2.3 单目标定位与多目标定位 8
1.2.4 绝对定位与相对定位 8
1.2.5 集中式定位与分布式定位 8
1.2.6 测距定位与非测距定位 9
1.3 定位技术的评价标准 9
1.3.1 均方误差与均方根误差 9
1.3.2 克拉默-拉奥下界 10
1.3.3 几何精度因子 11
1.3.4 圆/球概率误差 12
1.4 无线定位技术的应用领域与发展趋势 12
1.4.1 无线定位技术的应用领域 12
1.4.2 无线定位技术的发展趋势 14
参考文献 15
第2章 无线定位中的通信技术 17
2.1 Wi-Fi技术 17
2.1.1 Wi-Fi技术概述 17
2.1.2 Wi-Fi的物理层 19
2.1.3 Wi-Fi的MAC层 21
2.1.4 Wi-Fi网络的入网过程 23
2.2 ZigBee技术 25
2.2.1 ZigBee技术概述 25
2.2.2 ZigBee的设备与拓扑 26
2.2.3 ZigBee的体系架构 28
2.2.4 ZigBee各层的主要功能 29
2.2.5 ZigBee的组网 32
2.3 UWB技术 36
2.3.1 UWB技术概述 36
2.3.2 UWB的物理层 38
2.3.3 UWB的MAC协议 41
2.3.4 UWB的组网 42
2.4 蓝牙技术 43
2.4.1 蓝牙技术概述 43
2.4.2 蓝牙的协议栈架构 45
2.4.3 蓝牙连接的建立 46
2.5 RFID技术 49
2.5.1 RFID技术概述 49
2.5.2 RFID的工作原理 50
2.5.3 RFID的工作频段 51
参考文献 54
第3章 无线定位的基本原理 56
3.1 距离测量方法 56
3.1.1 基于RSSI的距离测量 57
3.1.2 基于TOA的距离测量 58
3.1.3 基于TDOA的距离测量 59
3.1.4 基于AOA/DOA的距离测量 60
3.1.5 基于PDOA的距离测量 61
3.2 基本测距定位算法 62
3.2.1 三边定位法 63
3.2.2 三角定位法 63
3.2.3 极大似然估计法 64
3.2.4 小二乘法 65
3.2.5 多维尺度法 67
3.2.6 指纹定位法 69
3.2.7 惯导定位 70
3.2.8 地磁定位 72
3.3 基本非测距定位算法 73
3.3.1 质心定位法 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 凸规划定位法 79
3.3.6 Spotlight定位法 80
参考文献 81
第4章 无线定位的进阶算法 84
4.1 提高测距精度 84
4.1.1 近场电磁测距优化 84
4.1.2 基于计时误差抑制的TOA 测距优化 86
4.2 移动信标辅助的定位 88
4.2.1 移动信标定位的基本原理 88
4.2.2 LMAP定位算法 89
4.2.3 定向天线定位算法 90
4.3 机会定位 95
4.3.1 机会相遇的建模 95
4.3.2 机会定位的位置求解 97
4.3.3 利用机会感知增强定位能力 98
4.4 基于压缩感知的定位 99
4.4.1 压缩感知的基本原理 99
4.4.2 基于压缩感知的两阶段多目标定位 100
4.4.3 基于压缩感知的目标轨迹测绘 102
4.5 被动定位 103
4.5.1 被动定位的基本原理 104
4.5.2 射频层析成像算法 105
4.5.3 被动定位中的环境噪声消除 109
参考文献 110
第5章 目标定位的滤波处理 112
5.1 卡尔曼滤波 112
5.1.1 卡尔曼滤波概述 112
5.1.2 一个简单的卡尔曼滤波实例 114
5.1.3 卡尔曼滤波的数学描述 117
5.1.4 卡尔曼滤波在目标跟踪中的应用 120
5.2 扩展卡尔曼滤波 124
5.2.1 扩展卡尔曼滤波的原理 124
5.2.2 扩展卡尔曼滤波在机器人定位中的应用 129
5.3 无迹卡尔曼滤波 134
5.3.1 无迹卡尔曼滤波的原理 134
5.3.2 无迹卡尔曼滤波在目标定位中的应用 138
5.4 粒子滤波 139
5.4.1 粒子滤波的原理 140
5.4.2 粒子滤波在机器人定位中的应用 143
参考文献 145
第6章 定位中的非视距处理 146
6.1 视距传播与非视距传播的定义 146
6.2 NLOS传播对定位的影响 147
6.2.1 NLOS传播对RSSI测距的影响 147
6.2.2 NLOS传播对AOA和DOA测距的影响 147
6.2.3 NLOS传播对TOA和TDOA测距的影响 148
6.3 目标定位中的NLOS 识别 148
6.3.1 残差检验法 149
6.3.2 误差统计法 150
6.3.3 能量检测法 151
6.3.4 神经网络算法 152
6.4 目标定位中的NLOS 抑制 153
6.4.1 滤波算法 153
6.4.2 半参数算法 157
6.4.3 能量检测法 157
6.4.4 数据库法 158
6.5 目标定位中的NLOS利用 159
6.6 NLOS辅助的目标定位 161
6.6.1 NLOS与LOS混合场景下的目标定位 161
6.6.2 仅有NLOS信息场景的目标定位 168
参考文献 171
第7章 卫星定位技术 173
7.1 卫星导航定位系统概述 173
7.1.1 GPS(全球定位系统) 173
7.1.2 GLONASS卫星导航系统 176
7.1.3 Galileo卫星导航系统 177
7.1.4 北斗卫星导航系统 179
7.2 卫星定位的基本方法 181
7.2.1 测码伪距法定位 181
7.2.2 测相伪距法定位 185
7.2.3 差分定位 187
7.3 GPS卫星的导航定位信号 190
7.3.1 GPS导航定位信号概述 191
7.3.2 GPS信号测距码 191
7.3.3 导航电文 194
7.4 GPS信号接收机 195
7.4.1 GPS信号接收机的基本结构 195
7.4.2 GPS信号接收机的工作原理 198
7.5 整周模糊度 201
7.5.1 整周模糊度概述 201
7.5.2 观测值域内方法 202
7.5.3 LAMBDA方法 203
7.6 GPS定位中的误差源 204
7.6.1 GPS误差分类 204
7.6.2 减少或消除误差的措施 206
参考文献 207
第8章 特殊场景的无线定位 209
8.1 煤矿场景的无线定位 209
8.1.1 煤矿场景无线定位的特点 209
8.1.2 基于双标签节点的目标定位 212
8.1.3 基于证人节点的目标定位 214
8.1.4 基于煤矿巷道特征的定位 219
8.2 水下场景的无线定位 222
8.2.1 水下场景无线定位的特点 223
8.2.2 基于AHP和灰度理论的水下目标定位 224
8.2.3 水下AUV定位 229
8.3 救灾场景的无线定位 231
8.3.1 救灾场景无线定位的特点 232
8.3.2 基于加权DS证据理论的救灾场景定位 234
8.3.3 基于智能手机的灾后受困人员定位 238
参考文献 241