基于多径空间谱及信号子载波的低成本高鲁棒非绑定式目标定位研究

批准号:
61672428
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
房鼎益
依托单位:
学科分类:
F0208.物联网及其他新型网络
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
尹小燕、牛进平、刘晨、王举、金梦、常俪琼、张洁、谢彬彬、张立超
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中文摘要
现有非绑定式定位方法面临信号多径效应导致定位精度低、通用设备定位鲁棒性差的挑战和实施代价大的问题。项目旨在借助信号幅度与相位信息构建监测区域多径信号空间谱,利用目标对信号空间谱干扰的分布规律实现高精度定位;利用相位差建立非线性方程,用优化方法实现相位校准与稳定,提升定位鲁棒性;采用合成孔径雷达(SAR)稀疏布阵思想,研究天线拓扑对多径信号空间谱估计精度的影响,在保证信号空间谱估计精度前提下减少阵列天线数量,降低定位成本。建立无需学习的非绑定式定位模型,将定位问题转化为非线性优化求解,解决学习方法勘测成本高及场景变化致模型失用问题。针对典型应用场景,设计非绑定式定位原型系统,验证所提方法有效性。其科学实质是通过目标对多径信号空间谱干扰规律研究,寻求无线信号与目标的时空关联规律,探索定位精度、鲁棒性、可用性和环境时变性间的本质联系,研究成果有望为无线网络行为监测应用提供有价
英文摘要
Prior works in device-free localization (DfL) typically face two key challenges: 1) poor positioning accuracy under multipath effects, and 2)poor robustness using general equipment, and 3) high hardware and deployment cost. In this project, we build a multipath signal spectrum based on amplitude-phase information of the single, and use the statistical characteristics of signals, which caused by the moving target, for fine-grained target localization. Then a phase calibration technique based on nonlinear optimization is proposed to effectively eliminate the instability of the phase of wireless signals, which significantly improves the positioning robustness. In addition, based on our analysis on the relationship between antenna topology and estimation performance of the multipath signal spectrum, we minimize the antenna numbers while satisfying the desired accuracy by using synthetic aperture radar (SAR). By modelling the device-free localization problem as a set of over-determined equations, we can determine locations of the target by solving the nonlinear optimization problem, which helps to reduce the survey cost and avoid model mismatch problem. At last, we implement our system for several representative application scenarios and evaluate its effectiveness under different conditions..In conclusion, the main idea behind our project is to explore the relationship between the signal change and the target location by analyzing how target affects the wireless signal. In addition, we explore the inherent relationship among localization accuracy, usability, robustness and the unstability caused by changing environment. The research findings of this project will provide theoretical support and reference for the behavior monitoring applications in wireless network.
本项目针对现有非绑定式定位方法面临信号多径效应导致定位精度低、通用设备定位鲁棒性差的挑战和实施代价大等相关问题,研究了在多种约束条件下的被动式目标定位以及大规模感知方法,物联网并发传输等问题。项目有效的解决了传统定位方法认为多径不利的问题,利用多径效应实现了分米级的定位精度且无需离线训练,突破了真实环境下定位算法鲁棒性差,精度提升难的问题。项目利用超材料,通过设计可调超平面LLAMA,并将其集成到通信链路中来实时调整收发端之间的极化匹配状态,从而优化通信链路,提高了现有商用设备的通信质量并增强感知效果。在无线信号感知方面,项目组利用商用设备对人体呼吸进行检测,可以辅助监控呼吸相关疾病,同时利用商用设备对毛笔书写轨迹进行监控,辅助量化毛笔书写过程。该项目的多个成果先后发表在Mobicom,ICDCS,Sensys,Infocom,TON,TMC等高水平国际会议和期刊上,并被MIT,普林斯顿,UIUC等多个国际知名高校引用。相关成果被英国泰晤士报报道,英国每日邮报,参考消息网等媒体广泛报道。本项目的研究对物联网产业发展和升级有着重要意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DTransfer: extremely low cost localization irrelevant to targets and regions for activity recognition
DTransfer:与目标和区域无关的极低成本本地化活动识别
DOI:10.1007/s00779-018-1177-7
发表时间:2018-09
期刊:Personal and Ubiquitous Computing(PUC, CCF C)
影响因子:--
作者:Wang Qing;Yin Xiaoyan;Tan Jun;Xing Tianzhang;Niu Jinping;Fang Dingyi
通讯作者:Fang Dingyi
Maximizing throughput for low duty-cycled sensor networks
最大限度地提高低占空比传感器网络的吞吐量
DOI:10.1016/j.comnet.2018.03.017
发表时间:2018
期刊:Computer Networks
影响因子:5.6
作者:Xu Dan;Jiao Wenli;Yin Zhuang;Huang Junjie;Peng Yao;Chen Xiaojiang;Fang Dingyi;Tang Zhanyong
通讯作者:Tang Zhanyong
Enabling robust and reliable transmission in Internet of Things with multiple gateways
通过多个网关实现物联网中稳健可靠的传输
DOI:10.1016/j.comnet.2018.09.020
发表时间:2018
期刊:Computer Networks
影响因子:5.6
作者:Xu Dan;Jiao Wenli;Yin Zhuang;Wu Bin;Peng Yao;Chen Xiaojiang∗(通讯作者);Chen Feng;Fang Dingyi
通讯作者:Fang Dingyi
DOI:10.1109/mic.2019.2921640
发表时间:2019-05
期刊:IEEE Internet Computing
影响因子:3.2
作者:Xiaojiang Chen;Lili Chen;Chao Feng;Dingyi Fang;Jie Xiong;Z. Wang;Yong Cui
通讯作者:Xiaojiang Chen;Lili Chen;Chao Feng;Dingyi Fang;Jie Xiong;Z. Wang;Yong Cui
FlipTracer: Practical Parallel Decoding for Backscatter Communication
FlipTracer:用于反向散射通信的实用并行解码
DOI:10.1109/tnet.2018.2890109
发表时间:2019-02-01
期刊:IEEE-ACM TRANSACTIONS ON NETWORKING
影响因子:3.7
作者:Jin, Meng;He, Yuan;Chen, Xiaojiang
通讯作者:Chen, Xiaojiang
面向真实应用场景的Wi-Fi后向散射通信关键技术研究
- 批准号:62372374
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:房鼎益
- 依托单位:
火灾等复杂场景中LoRa设备与无人机相结合的远距离、大范围目标感知定位研究
- 批准号:61972316
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:房鼎益
- 依托单位:
野生动物监测无线传感器网络中多目标被动式定位关键技术研究
- 批准号:61272461
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:81.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:房鼎益
- 依托单位:
土遗址保护无线传感器网络监测与信息融合研究
- 批准号:61070176
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:房鼎益
- 依托单位:
国内基金
海外基金
