室內地理定位科學與技術在智慧型世界和物聯網的套用

《室內地理定位科學與技術在智慧型世界和物聯網的套用》是2021年清華大學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 書名：室內地理定位科學與技術在智慧型世界和物聯網的套用
• 作者：[美]Kaveh Pahlavan
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2021年5月
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝
• ISBN：9787302575184

內容簡介

定位科學和技術作為推動智慧型世界發展的基本技術，在過去的幾十年里取得了相當大的發展，在GPS無法正常工作的室內和城市區域，無線定位技術的發展一直是商業、公共安全和軍事套用研究的活躍領域。 本書全面論述了定位和導航科學和技術的基本原理，及其在智慧型世界和物聯網中的套用，如智慧型設備、智慧型空間、機器人平台、智慧型健康、智慧型交通等。主要內容包括基於RSS的定位、基於TOA的定位以及實際套用的定位算法，指導讀者對位置感測器的行為建模，使用CRLB的性能評估以及最佳化定位系統精度的算法設計。 本書主要針對高年級本科生、研究生和從事實際工作的工程師撰寫，提供的素材主要源自作者團隊在實驗室的研發實例，以及作者作為大學教授的教學經驗、作為初創公司技術顧問的工業經驗。

圖書目錄

第1章智慧型世界中的定位

1.1引言

1.2定位科學的要素

1.3定位技術及套用

1.3.1智慧型設備中

的定位

1.3.2機器人中的定位

1.3.3智慧型健康套用中

的定位

1.3.4智慧型空間與定位

1.3.5智慧型交通系統中

的定位

1.3.6智慧型基礎設施中

的定位

1.4定位中存在的挑戰

1.5本書概述

第1章作業

第2章RSS測距原理

2.1引言

2.2RSS的行為建模

2.2.1RSS模型參數的

小二乘法估計

2.2.2人體內部RSS的

NIST模型

2.2.3室內區域的IEEE

802.11模型

2.2.4城市地區的Okumura

Hata模型

2.2.5陰影衰落和定位

套用

2.3基於RSS測距的基本方法

和測距誤差

2.3.1基於RSS測距的

基本方法

2.3.2DME方差的分析

方法

2.4基於RSS測距的經典估計

理論

2.4.1基於RSS測距的ML

和MMSE估計

2.4.2基於多RSS測量的

距離估計

2.4.3基於RSS測距的

CRLB

2.4.4基於多RSS測距

的CRLB

2.5基於RSS測距的置信

區間

2.5.1基於RSS測距的圓形

置信區域

2.5.2基於RSS測距的環形

置信區域

2.5.3覆蓋率和置信度

第2章作業

習題

項目

第3章RSS定位系統

3.1引言

3.2RSS定位方法的性能

3.2.1直接使用RSS

定位

3.2.2CRLB用於RSS

定位

3.2.3基於RSS的指紋

測距

3.2.4使用RSS指紋資料庫

進

行定位的CRLB

3.3基於RSS的定位系統

3.3.1在人體內部基於

RSS的定位

3.3.2基於RSS的無源

RFID系統

3.3.3基於RSS的有源

RFID系統

3.4使用RSS指紋資料庫的

定位系統

3.4.1使用RSS指紋進行RTLS

WiFi定位

3.4.2使用RSS指紋進行

WPS WiFi定位

3.4.3WPS對比GPS

3.4.4WPS和有機數據

3.4.5使用RSS指紋進行

CPS

蜂窩基站定位

第3章作業

習題

第4章TOA定位的基本原理

4.1引言

4.2實際中TOA測量

4.2.1TOA的NB和WB

測量

4.2.2測量時間、噪聲和信

噪比

4.2.3NB和WB TOA測量

中

的模糊度

4.2.4利用兩個正弦波控制

NB模糊度

4.3用於TOA測距的CRLB

4.3.1基於TOA和RSS的

測

距比較

4.3.2利用載波信號進行TOA

測距的CRLB

4.3.3CRLB用於雙音TOA

測距

4.3.4使用多載波傳輸TOA

測距的CRLB

4.3.5使用平坦頻譜脈衝

進行TOA測距的

CRLB

4.3.6用於TOA定位的

CRLB

4.4基於DOA的定位性能

4.4.1用於雙天線DOA估計

的CRLB

4.4.2用於使用天線陣列

進行DOA估計的

CRLB

第4章作業

習題

第5章機會信號TOA定位

5.1引言

5.1.1用於 TOA 定位的

機會

信號

5.2用於 TOA 定位的脈衝

傳輸

5.2.1用於 3.1~10.6GHz

機會定位的UWB

脈衝

5.2.2在57~64GHz用於

定位的毫米波

UWB 脈衝

5.2.3用於機會定位的偽

DSSS脈衝

5.3用於TOA定位的多載波

傳輸

5.3.1用於機會定位的

OFDM

信號

5.3.2用於機會定位的

FHSS

5.4飛行時間測量的同步

5.4.1滑動相關器用於時間

同步

5.4.2UTDOA用於相對

定時

定位

5.4.3使用應答器避免

同步

5.5非均質環境中的 TOA

定位

5.5.1非均勻介質和差分

GPS

5.5.2非均勻人體內的飛行

時間

第5章作業

習題

第6章多徑環境下的TOA定位

6.1概述

6.2多徑和定位系統

6.2.1多路徑傳輸的

原因

6.2.2多徑對TOA測距的

影響

6.2.3多徑定位系統

技術

6.2.4室內多徑和TOA

定位

的特點

6.2.5室外多徑和TOA

定位

特點

6.3多徑TOA的NB和WB

估計

6.3.1多徑和NB TOA

測距

6.3.2多徑和WB TOA

測距

6.3.3基於TOA的多徑

測距

CRLB

6.4多徑信道特性測量

6.4.1多逕到達的時域

測量

6.4.2多逕到達的頻域

測量

6.4.3使用VNA測量UWB

多逕到達

6.5基於TOA的DME的實證

分析

6.5.1頻寬對DME影響的

實證分析

6.5.2LOS和OLOS條件下

TOA

的實證分析

6.5.3人體影響的實證

分析

6.5.4DME的超寬頻

限制

6.5.5NIST現有的UWB

室內

測量資料庫

6.6TOA測距誤差的UWB

建模

6.6.1室內DME的UWB

經驗模型

6.6.2人體影響的UWB

經驗

模型

6.7用於室內射頻定位的射線跟蹤

技術

6.7.1多徑分析的射線追蹤

原理

6.7.2用於在房間內跟蹤

射線的MATLAB

代碼

6.7.3射線跟蹤和頻寬對

TOA

測距的影響

6.8室內定位射線跟蹤

6.8.1大型金屬物體的影響

分析

6.8.2利用衍射分析微觀

金屬

的作用

6.8.3人體對TOA估計的

影響

6.9體域網路定位的

計算

方法

6.9.1針對BAN套用的FDTD

方法的驗證

6.9.2BAN有限元方法的

驗證

6.9.3從內部到人體表面的

TOA建模

附錄6.A

附錄6.B

第6章作業

習題

項目

第7章定位算法介紹

7.1引言

7.2基本的三角定位方法

7.2.1使用(R，α)的三角定

位法

7.2.2使用(α，α)的三角定

位法

7.2.3使用(R，R)的三角定

位法

7.2.4使用(ΔR,ΔR)進行

微

分三角定位

7.2.5協作三角測量法

7.3LS方法在定位中的套用

7.3.1LS方法在角度定位

中

的套用

7.3.2LS方法在距離定位

中

的套用

7.4LS問題的實際解決辦法

7.4.1RLS算法在距離定位

中的套用

7.4.2室內和城市地區殘

差加

權RLS算法

7.4.3近鄰LS格線

算法

附錄7.A： 示例7.2的RLS的

MATLAB代碼

第7章作業

習題

第8章基於RSS的定位算法

8.1引言

8.2基於RSS的短距離定位

算法

8.2.1物理格線近鄰

算法

8.2.2用於基於RSS定位

的

CNLS

8.2.3機率格線近鄰

算法

8.2.4似然格線三角

算法

8.3用於WPS的模式識別

算法

8.3.1質心算法和AP數據

庫

的QoE

8.3.2用於設備定位的加權

質心算法

8.3.3有機數據和隱藏AP

的

定位

8.4RTLS的模式識別算法

8.4.1近鄰功率差

算法

8.4.2K近鄰功率差

算法

8.4.3似然核算法

8.5室內手動指紋採集的替代

方法

8.5.1射線追蹤的指紋

算法

8.5.2改進的用於指紋

的

IEEE 802.11

模型

8.5.3機器人收集RF

指紋

8.6CPS的模式識別算法

附錄8.A： ML三角測量格線算法

的

MATLAB代碼

附錄8.B： 簡單質心算法的MATLAB

代碼

第8章作業

習題

項目

第9章基於TOA的定位算法

9.1引言

9.2TOA測量的基本算法

9.2.1窄帶TOA估計算法

以及多徑

9.2.2寬頻TOA估計算法

以及多徑

9.3多載波信號的TOA估計

算法

9.3.1多徑下多載波測距

RLS算法

9.3.2峰值檢測傅立葉逆變

換

(IFT)算法

9.3.3多徑對峰值檢測IFT

算

法的影響

9.3.4頻譜估計算法

9.3.5超解析度算法

9.4多載波信號的DOA

估計

9.4.1SFP算法

9.4.2DML算法

9.5沒有直射路徑的TOA

定位

9.5.1使用多徑分集的

測距

9.5.2空間分集的RWPLS

算法

9.5.3空間分集的協作

定位

附錄9.A： 超解析度的MATLAB

程式

第9章作業

習題

項目

第10章用於混合定位的感測器

融合

10.1引言

10.1.1集成坐標系

10.1.2相對定位感測器

的分類

10.2機械定位感測器

10.2.1加速計

10.2.2陀螺儀

10.2.3里程表和計

步器

10.3電磁定位感測器

10.3.1重力感測器

10.3.2磁力計和電子

羅盤

10.4環境定位感測器

10.4.1氣壓計

10.4.2環境光、溫度和濕

度

感測器

10.4.3接近感測器和激

光

雷達

10.5相對定位的幾何方法

10.5.1射頻幾何

方法

10.5.2使用攝像機的幾何

方法

10.5.3同步定位與建圖

(SLAM)

10.5.4攝像機用於人體

內的

相對定位

10.6射頻信號和相對定位

10.6.1都卜勒頻譜與運

動

速度

10.6.2都卜勒頻譜測速

技術

10.7感測器融合的混合

算法

10.7.1用於機器人二維

室內定位的粒子

濾波器

10.7.2用於機器人室內

二維定位的卡爾

曼

濾波器

10.7.3用於3D體內定位的

卡爾曼濾波器

附錄10.A： MATLAB代碼

第10章作業

附錄A經典定位估計理論綜述

A.1似然估計

A.1.1單次觀測參數的

大

似然估計

A.1.2參數函式的似

然估計

A.1.3參數N個觀測值

的似然估計

A.1.4參數函式N個

觀測值的似然

估計

A.2小均方誤差估計

A.2.1參數的小均方誤差

估計

A.2.2參數函式的小均方

誤差估計

A.2.3單參數N個觀測值

的小均方誤差

估計

A.2.4單參數函式N個觀

測

值的小均方誤差

估計

A.3使用克拉美羅下界進行性能

分析

A.3.1參數單次觀測的克拉

美羅下界

A.3.2參數函式觀測的克拉

美羅下界

A.3.3單參數N個觀測的

克

拉美羅下界

A.3.4參數函式的N個

觀測的克拉美羅

下界

A.4連續波形的克拉美羅

下界

A.4.1波形樣本觀測的克拉

美羅下界

A.4.2連續波形觀測的克拉

美羅下界

A.5定位綜述

縮略語表

參數列表

作者簡介

Kaveh Pahlavan，伍斯特理工學院（WPI）電氣和計算機工程（ECE）、計算機科學（CS）專業教授，無線信息網路研究中心主任。擔任Skyhook Wireless公司（全球智慧型設備Wi-Fi定位領域的先驅）首席技術顧問（2005年至今）。與芬蘭的奧盧大學和諾基亞公司進行了長期且有成效的合作（1995—2007年）。以在Wi-Fi和室內地理定位方面的開拓性研究而聞名，為相關領域的眾多開創性論文和關鍵專利做出了貢獻。目前主要研究人體區域網路的定位技術和基於位置的安全性。著有多部開創性的教科書，被翻譯成多種語言並在世界各地講授。國際期刊《無線信息網路》（創辦於1994年，無線網路領域的本期刊）的創始主編。開創、主持和組織了許多在無線接入和定位技術領域具有開拓性的國際活動，包括關於新興智慧型設備的機會射頻定位的研討會（2008、2010、2012年）。由於在無線網路行業發展中的開拓性創業活動，當選美國國家研究理事會非束縛通信演進委員會成員（1997年），並領導美國團隊對芬蘭國家研發計畫進行評審（2000、2003年）。IEEE life Fellow，伍斯特理工學院Westin Hadden教授（1993—1996年），諾基亞公司的位非芬蘭籍研究員（1999年）。獲得首個Fulbright-Nokia獎學金（2000年），WPI董事會頒發的“傑出研究和創意獎學金”（2011年），中原大學“海外著名學者獎”，擔任北京科技大學客座教授（2019—2021年）。 譯者：何欣欣，北京郵電大學講師、碩士生導師。2017年博士畢業於北京郵電大學，2017—2019年在北京郵電大學做博士後工作，2019年博士後出站後在北京郵電大學信息與通信工程學院任教。 “通信原理”和“資訊理論基礎”課程主講教師，精品課程“通信原理”團隊成員。研究方向為無線通信原理與技術套用等。在國際重要期刊和會議上發表論文20多篇，主持國家自然科學基金1項，中國博士後科學基金1項，合作國家自然基金1項，作為骨幹參與多項國家自然基金項目以及重點研發計畫項目。

郭一珺，北京郵電大學副教授、博士生導師。2014年畢業於北京郵電大學，獲通信與信息系統專業博士學位，畢業後在北京郵電大學信息與通信工程學院任教。研究方向為無人機通信等。在國際重要期刊和會議上發表論文30多篇，主持國家自然科學基金1項；作為子項目負責人主持國家重點研發計畫1項；作為骨幹（排名二、三）參與多項國家自然基金項目。精品課程、國家精品線上開放課“通信原理”主講教師兼課程組骨幹成員。2018年獲全國高等學校電子信息類專業青年教師授課競賽決賽一等獎。

郝建軍，北京郵電大學副教授、碩士生導師。研究方向為寬頻無線通信理論、嵌入式通信套用、物聯網和區塊鏈等。分別於1990年、1993年、2008年在北京郵電大學獲得學士、碩士和博士學位。北郵教學獎“燭光獎”獲得者，精品課程“通信原理”核心團隊成員。主持和參與國家863、自然科學基金（NSFC）等科研項目及與企業合作研發項目20多項，出版教材及專著多部，在國內外重要學術刊物及會議上發表論文近20篇，提交技術發明專利15項，其中已授權6項。