面向室内外过渡区域的GNSS/UWB/INS协同定位模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41604006
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    李增科
  • 依托单位：
    中国矿业大学
  • 学科分类：
    D0401.物理大地测量学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

It is a basic work to obtain high-precision and high-reliability position information in indoor and outdoor areas. At the same time, seamless positioning is one scientific problem in navigation and positioning field. The connecting regions between indoor and outdoor areas are the link areas during seamless positioning. The indoor and outdoor signals for positioning are seriously covered in the connecting regions. The sensors including global navigation satellite system, ultra-wide band and inertial navigation system are used to collect data by cooperative mode in the project. In order to solve the key problems about reliability, sensors switch, multipath and filter model error, the methods including experimentation comparison, numerical simulation and comprehensive analysis from different perspectives are applied. The reliability model is constructed to assess the position result in the connecting regions. The real-time change algorithm of observation weight is formed in the sensors switch situation. The weaken model for multipath is constructed based on the inertial navigation information. The robust and adaptive filter theory is built based on the closed and open loop feedback mechanism. The research object is to realize cooperative positioning of GNSS/UWB/INS integration in the connecting regions between indoor and outdoor areas. The research work is able to provide technical support and theoretical guidance for high-precision and high-reliability positioning and navigation in indoor and outdoor areas.
如何实现高精度、高可靠性的室内外无缝定位，是基于位置服务的基础工作也是目前导航定位领域的难题。室内外过渡区是无缝定位的纽带区域，也是室外定位信号和室内定位信号均受到严重遮挡和干扰的区域。本项目以GNSS、UWB和INS为主要传感器进行数据信息采集，通过协同作业模式，围绕室内外过渡区在“可靠性”、“传感器切换”、“多路径”和“滤波模型误差”等方面存在的关键问题，运用实验比较，数值模拟与综合分析等多学科理论与方法，系统研究室内外过渡区域定位可靠性评价模型，传感器切换定位场景下的观测值实时变权算法，顾及惯性信息的过渡区多路径削弱模型以及基于闭环/开环反馈的抗差/自适应融合定位理论，建立面向室内外过渡区域的GNSS/UWB/INS协同定位作业模式。本项目的研究可为解决高精度、高可靠性的室内外过渡区导航定位提供有效的技术和理论支撑。

结项摘要

本项目在GPS和INS组合导航的基础上，通过融入更多传感器数据实现复杂区域和困难区域的高精度导航定位。围绕室内外过渡区在“可靠性”、“传感器切换”、“多路径”和“滤波模型误差”等方面存在的关键问题，以GNSS、UWB和INS为主要传感器通过协同作业模式进行数据信息采集。取得的主要研究成果如下：.（1）为解决GNSS信号受限区域惯性传感器误差累积问题，引入了UWB，验证了UWB对于GNSS/INS组合导航系统的辅助效果，尤其是分析在精密单点定位模式下的精度。通过实验轨迹以及组合系统的位置和速度误差可以得到，采用最终产品和快速产品的系统性能相当；与采用最终产品相比，基于观测部分的超快速产品的组合系统定位精度有轻微下降，同时，采用预测部分的超快速产品，精度有0.1-0.2m的下降；针对于非实时定位，不同精密卫星星历和钟差对PPP/INS/UWB的影响差异效果较小。.（2）多源传感器融合过程中误差来源较多，尤其是在室内外过渡区域信号多路径对于数据融合精度有较大的影响。针对UWB信号难以实现大规模覆盖的问题，提出了一种改进的GPS/INS/UWB组合定位误差校正策略，提高UWB信号中断情况下的定位精度。为减小GPS/INS组合导航在单点定位模式下的误差，将北向和东向的位置修正信息引入到两步滤波器中。结果表明，在UWB信号不可用的情况下，改进的基于误差校正的GPS/INS/UWB组合导航方案能有效地提高GPS/INS/UWB组合导航的定位精度。.（3）数据融合过程中滤波模型对定位精度和可靠性有重要作用。提出整体约束法与UKF相结合的方法，通过将所有不等式约束转化为一个平滑（非线性）等式约束，用来求解具有等式约束和不等式约束的GPS/INS组合问题。数值实验表明，该算法具有避免大计算量的优点，与通常采用优化方法的等式约束和不等式约束卡尔曼滤波器（EICKF）相比，具有相同水平的很好的适用性。.本项目的研究可为解决高精度、高可靠性的室内外过渡区导航定位提供有效的技术和理论支撑。项目共发表论文13篇（均标注），其中项目负责人作为第一/通讯作者发表SCI论文5篇；项目负责人2019年入选“江苏省科协青年科技人才托举工程资助人员”，2018年获“中国卫星导航定位协会优秀青年人才”称号，获得徐州市科学技术奖1项（排名第6），卫星导航定位科技进步奖一等奖1项（排名第4）。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（2）
专利数量（5）
函数模型约束和随机模型约束对融合解的影响分析及程序实现
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    中国科技论文
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘志强;高井祥;姚一飞;李增科
  • 通讯作者：
    李增科
露天矿区里程计辅助的GPS/INS车辆导航算法研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    现代测绘
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    高井祥;李增科
  • 通讯作者：
    李增科
Robust and Accurate Wi-Fi Fingerprint Location Recognition Method Based on Deep Neural Network
基于深度神经网络的鲁棒准确Wi-Fi指纹位置识别方法
  • DOI：
    10.3390/app10010321
  • 发表时间：
    2020-01
  • 期刊：
    Applied Sciences
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yifan Wang;Jingxiang Gao;Zengke Li;Long Zhao
  • 通讯作者：
    Long Zhao
An Approach to Improve the Positioning Performance of GPS/INS/UWB Integrated System with Two-Step Filter
提高两级滤波器GPS/INS/UWB集成系统定位性能的方法
  • DOI：
    10.3390/rs10010019
  • 发表时间：
    2018-01-01
  • 期刊：
    REMOTE SENSING
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Li, Zengke;Wang, Ren;Wang, Jian
  • 通讯作者：
    Wang, Jian
New Satellite Selection Approach for GPS/BDS/GLONASS Kinematic Precise Point Positioning
GPS/BDS/GLONASS 运动精密单点定位的新卫星选择方法
  • DOI：
    10.3390/app9245280
  • 发表时间：
    2019-12
  • 期刊：
    Applied Sciences
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Liu Yang;Jingxiang Gao;Zengke Li;Fangchao Li;Chao Chen;Yifan Wang
  • 通讯作者：
    Yifan Wang

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其他文献

利用SVM的GPS/INS组合导航滤波发散抑制方法研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李增科;王坚;高井祥;谭兴龙
  • 通讯作者：
    谭兴龙
精密单点定位在GPS/INS组合导航中的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李增科;王坚;高井祥
  • 通讯作者：
    高井祥
多普勒平滑伪距在GPS/INS紧耦合导航中的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郑南山;李增科
  • 通讯作者：
    李增科
MADOCA与MGEX产品定位性能对比分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    合肥工业大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵得荣;李增科;周超
  • 通讯作者：
    周超
载波/多普勒平滑伪距在Android手机中的定位实现
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    测绘通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张书维;高井祥;赵龙;李增科
  • 通讯作者：
    李增科

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李增科的其他基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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