定位、导航学习笔记

室内定位步骤

  1. 通过加速度传感器获得三轴的加速度值,通过计步算法来算出步数;
  2. 方向的获得:通过加速度传感器和磁力计共同完成,获得惯性导航坐标;
  3. 根据之前获得的指纹法坐标,两者结合卡尔曼滤波算法,获得精确的坐标;
  4. 简单平均法进行数据平滑:获取K组数据,相加除以K,得到平滑的数据;下次获取数据时,剔除第一个数据并将获取的数据加入,再将数据相加处理K,得到平滑数据,以此循环。

三点定位算法

已知三个信标的坐标,已经通过三个信标的RSSI得到与信标的距离,即可得到定位的坐标。

指纹法

指纹法就是事先把各个位置上的信号特征(各Wi-Fi的信号强度)测量一遍,存入指纹数据库,定位的时候,将当前的信号特征与指纹库中的进行匹配从而确定位置,只要通过通过KNN最近邻算法来实现,具体实现过程如下:

  1. 获得每个信标到待测点的距离
  2. 通过距离进行排序
  3. 找到前k(5)个最近的距离
  4. 通过5个距离的类判断比例最大的,为最近的分类
  5. 距离最近且为最近的类选择为坐标

卡尔曼滤波EKF

卡尔曼滤波可以有效预测向量的下一次走向,并不断优化回归,使预测更精确。总之就是:预测+自我调整。在这里,可以拿来预测室内运动的走向,减少干扰。

室外定位

室外定位主要有卫星定位GPS和基站定位LBS
  1. 基站定位LBS:用户开启定位服务后,将会搜索附近所有的基站,当然你距离各个基站的距离是不相同的,距离的远近收到的信号强度也是不相同的。当收到的基站大于等于3个,就可以根据三点定位获得大致的位置。由于信号的不稳定性,定位精度大概是几百米。但由于基站定位值接收基站的信号,所以对电量的消耗是比较小的。
  2. 卫星定位GPS(全球定位系统):地球上一共有24颗卫星,每个地方都能接受到4颗卫星的信号。三点就可以定位,但是误差还是比较大的,所以引入第四个卫星对误差进行修正。定位需要四个卫星。

百度地图的导航定位方式

百度地图主要是通过惯性导航算法PDR和VDR来进行导航和定位操作
惯性导航:只要知道自己的初始位置,知道自己的初始朝向,知道自己每一时刻如何改变了朝向,知道自己每一时刻相对朝向是怎样走的,这样就能得到每时每刻自己的位置。需要依赖加速度传感器和磁场传感器,不过需要引入WIFI、蓝牙或者其他辅助手段来纠正惯性导航的误差。

  1. 惯性室内导航算法PDR(步行场景)
    PDR是基于「状态识别」「精准计步」「方向推算」「高精度定位」四项关键技术,可以实现从室外到室内定位的平滑过渡,以及在 GPS 短暂定位失败时持续提供定位能力,精确度达到 3 至 5 米。
    PDR 通过传感器数据,可以准确区分用户的静止、步行、驾车等不同状态,准确率达到 90% 以上;通过加速度传感器数据,采用滑动窗口、步态检测、步长估计模型来进行检测,误差率低于 5%;基于 9 轴传感器数据,实现了高精度姿态角推算,以及实现了精确的行进方向检测算法,从而保证 PDR 能够输出较高准确率的方位角信息。

  2. 惯性室外导航算法VDR(驾车场景)
    VDR是通过「传感器模式检测」「GPS 定位优化」「历史轨迹智能学习」三项关键技术,可以精确推算车辆速度、动静状态等,目前推算偏差能够控制在 10% 以下。通过手机传感器监测车辆动静状态、速度和行进方向;通过历史轨迹及单点数据特征优化 GPS 定位;再通过大量历史轨迹的机器学习,实现对速度、方向、驾车习惯、GPS 等驾车状态的偏置估计,保证推算结果更加准确可信。

视觉定位服务Google VPS

VPS是利用影像来判定装置的位置。VPS会先拍摄一系列已知地点的空间相片,分析其视觉特征,例如大楼线条或桥梁,并为这些特征加入大量可快速搜寻的指标,借此绘制成一个空间地图,因此VPS的精准度取决于影像画质和所在地点(但是目前比较难实现)

RSSI

RSSI是接受的信号强度指示
通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术
其测距理论是:依据无线电波或声波在介质中传输,信号功率是随传播距离衰减的原理。

多径效应

多径效应是指电磁波经不同路径传播后,各分量场到达接收端时间不同,按各自相位相互叠加而造成干扰,使得原来的信号失真,或者产生错误。
如果第一个到达的信号和最后一个到达的信号时间之差(这里不严格的叫做时延扩展)非常非常小,就相当于所有的信号都是在相长叠加(波峰和波峰叠加,波谷和波谷叠加),对于信号的接受影响不大。但是当时延扩展比较大的时候,信号的叠加就有可能是相消的(波峰和和波谷叠加),这样就会造成信号的失真。
这种现象在以前看模拟信号电视的过程中经常会遇到,在看电视的时候如果信号较差,就会看到屏幕上出现重影,这是因为电视上的电子枪从左向右扫描时,用后到的信号在稍靠右的地方形成了虚像。

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