南京南瑞信息通信科技有限公司 罗威,蒋政,于佳,等:面向电力巡检的5G室内三维指纹定位算法

学术   科技   2024-10-12 17:15   北京  

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引文信息


罗威,蒋政,于佳,等.面向电力巡检的5G室内三维指纹定位算法[J].电力信息与通信技术,202422(6)81-86

LUO Wei,JIANG Zheng,YU Jia,et al.5G indoor three-dimensional fingerprint localization algorithm for power inspection[J].Electric Power Information and Communication Technology,2024,22(6):81-86(in Chinese)



01

研究背景


我国的智能电网建设覆盖范围广,既包括室外的变电站开关站、自动化系统、串补设备、环网柜,又包括室内的变压器、断路器、隔离开关、接地刀、电容器。为了保证智能电网整体输电线路的安全可靠运行,应对复杂的突发情况,除了维护室外,定期对室内的输电线路进行高精度三维巡检也尤为重要。室内电力巡检机器人可通过传感器感知周围环境和自身状态,对复杂的突发情况实行自己的判断。因此,研发具有低成本自我三维定位功能的室内电力巡检机器人,是定期对输电线路进行巡检的必要前提。


02

主要创新点



1)本文依据信道状态信息(channel state information,CSI)的计算原理,并根据接收机在电力巡检时中低速率移动场景中的位移变化,结合CSI在输电线路室内三维空间中构建低成本的信道模型,降低了室内巡检时多径干扰导致的接收定位信号参数偏差和信号接收硬件成本。
2)考虑到因巡检时收发机时钟不同步产生的随机噪声,本文提出多径定位信号优化算法结合低成本的MUSIC算法,解决由随机噪声导致的定位信号相位偏移问题,降低定位决策的软件成本。多径定位信号优化算法流程如图1所示。
图1  算法流程
3)基于数据生成器生成的CSI定位信号,分别利用本文算法与极点法,对数据集中100个采样点的CSI进行处理。图2为本文算法与极点法三维室内定位误差的累积分布函数,图3表示利用不同天线数量估计三维室内定位误差的累积分布函数,表1给出了不同天线数量对三维室内定位误差的影响。仿真结果表明,本算法在三维室内定位精度和定位成本方面实现了较好的性能与平衡。
图2  定位结果分析
图3  不同数量接收天线的三维室内定位结果分析
表1  误差分析(天线数量)


03
解决的问题和意义

本文依托智能电网进行了室内三维定位,并提出面向电力巡检的5G室内三维指纹定位算法。该算法可平衡成本与精度,并能完善室内巡检机器人感知自身位置的功能,改进工业设施内部设备,为室内巡检机器人代替工作人员在工业场所进行电力设备巡检具有重大意义。




作者介绍

罗威

罗威(1982),男,高级工程师,通信作者,从事电力通信技术研究工作,luowei2@sgepri.sgcc. com.cn。

蒋政(1990),男,工程师,从事电力通信技术研究工作。

于佳(1985),女,高级工程师,从事电力通信技术研究工作。

刘锐(1981),男,高级工程师,从事电力通信技术研究工作。


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