發(fā)布時(shí)間：2017-03-19 07:01

  本文關(guān)鍵詞：高精度室內(nèi)無線定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：定位技術(shù)與人們的生活密切相關(guān),并一直受到廣泛關(guān)注。定位技術(shù)從工作范圍上可分為室外定位和室內(nèi)定位,本文主要分析討論室內(nèi)高精度定位。針對目前多種室內(nèi)定位技術(shù)的背景和研究現(xiàn)狀分析,主要存在的問題包括：定位精度與定位范圍的矛盾、視距(LOS)傳播的限制、多徑效應(yīng)的影響及定位性能與設(shè)計(jì)成本的矛盾等。為了實(shí)現(xiàn)一種復(fù)雜度低、擁有較高定位精度、兼顧非視距(NLOS)和規(guī)模化應(yīng)用等特點(diǎn)的室內(nèi)定位系統(tǒng),在研究了幾種目前主流定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上,本文提出和設(shè)計(jì)了一種基于微波測距的室內(nèi)定位方案。為了消除時(shí)鐘振蕩器偏差對測相精度的影響,本文采用基于TDOA原理測距定位。由于微波的測相法比脈沖法能達(dá)到更高的測距精度,所以本文采用基于相位差測量的測距方法。具體方法是檢測同一信號分別經(jīng)歷不同路徑后的相位差。通過對線性調(diào)頻測相法、偽隨機(jī)碼測相法和連續(xù)波測相法三個(gè)方案的對比得知線性調(diào)頻法測距方法簡單,測距范圍大,但有帶寬和頻率線性程度的限制,精度往往只能做到米級別；而采用偽隨機(jī)碼測距因其基于擴(kuò)頻通信原理,具有較好的抗干擾性能并且可以實(shí)現(xiàn)碼分多址,但因?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)成本和帶寬的限制很難做到太高碼片速率,因而測距定位精度往往也局限在米級別；而采用高頻連續(xù)波測距,精度上比前兩者有數(shù)量級的提升,雖然有周整模糊的缺點(diǎn),但可以通過多頻測距解模糊。雖然測尺精度隨著頻率的增加而增大,但兼顧精度要求和電路芯片成本,本文采用的測相載波頻率不超過5GHz。因高頻信號相位變化快,很難直接做相位測量,本文采用差頻測相方法,通過變頻降低測量信號頻率,以此降低高精度相位測量對AD變換器高采樣率的要求,達(dá)到估計(jì)高精度相位差的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)三維定位,本文從三個(gè)維度上測量相位差,每個(gè)維度使用多測尺測量。在粗尺和精尺觀測均值總偏差小于半個(gè)精尺波長并且噪聲在一定范圍內(nèi)情況下,采用卡爾曼濾波對精尺的估計(jì)值與粗尺觀測值的殘差進(jìn)行估計(jì),用殘差的估計(jì)值不斷的去調(diào)整周整模糊度的估計(jì),構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng),直到殘差估計(jì)的絕對值收斂到半個(gè)精尺波長之內(nèi),此時(shí)精尺估計(jì)已經(jīng)消除了周整模糊；在粗尺和精尺觀測均值總偏差大于半個(gè)精尺波長情況下,在介于兩測尺波長間增加若干個(gè)精尺整數(shù)倍波長的測尺,并且要求相鄰測尺之間的粗尺和精尺觀測均值總偏差小于半個(gè)精尺波長,就可以采用以上方法來逐級確定周整模糊。由于在雙曲線模型中相位差對應(yīng)的距離差和坐標(biāo)是非線性關(guān)系,在平衡幾種濾波算法的計(jì)算量和精度的矛盾后,本文采取將三個(gè)維度以上的相位差作為觀測向量,通過uKF濾波解算目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo),達(dá)到在待定位點(diǎn)靜止或者緩慢移動(dòng)、且5%以內(nèi)的相位誤差情況下的厘米級三維定位精度。
【關(guān)鍵詞】：無線定位 微波定位 室內(nèi)定位 相位測量 無線測距
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN713
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-12
• 1.1 引言9
• 1.2 研究背景9-11
• 1.2.1 室內(nèi)定位的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 室內(nèi)定位研究的目的和意義10-11
• 1.3 擬采用的技術(shù)路線11
• 1.4 本文章節(jié)安排11-12
• 第二章 定位相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)12-19
• 2.1 定位系統(tǒng)概述12-15
• 2.1.1 定位中測距方法12-13
• 2.1.2 幾種室內(nèi)無線定位技術(shù)簡介13-15
• 2.2 測距技術(shù)介紹15-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 第三章 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)19-40
• 3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)19-20
• 3.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20-28
• 3.2.1 調(diào)制系統(tǒng)20-21
• 3.2.2 解調(diào)系統(tǒng)21-22
• 3.2.3 倍頻器22-23
• 3.2.4 測相系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-26
• 3.2.5 信號的整體傳輸設(shè)計(jì)26
• 3.2.6 光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)26-27
• 3.2.7 多點(diǎn)定位設(shè)計(jì)27-28
• 3.3 信號的原理推導(dǎo)28-32
• 3.4 誤差分析及處理32-35
• 3.4.1 噪聲32
• 3.4.2 多徑效應(yīng)32-34
• 3.4.3 抗多徑方案選擇34
• 3.4.4 誤差的修正方法34-35
• 3.5 軟件程序設(shè)計(jì)35-39
• 3.5.1 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)35-36
• 3.5.2 核心計(jì)算程序設(shè)計(jì)36-37
• 3.5.3 數(shù)據(jù)顯示界面設(shè)計(jì)37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 信號仿真分析及數(shù)據(jù)處理40-58
• 4.1 仿真條件40-41
• 4.2 仿真過程41-42
• 4.3 仿真結(jié)果42-44
• 4.4 數(shù)據(jù)處理44-57
• 4.4.1 信號濾波概述44-48
• 4.4.2 載波環(huán)倒π處理48
• 4.4.3 周整模糊處理48-52
• 4.4.4 結(jié)果分析52-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-61
• 總結(jié)58-59
• 展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 致謝63-64

【參考文獻(xiàn)】

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