本文關鍵詞：基于UWB的室內(nèi)定位與跟蹤算法研究

  更多相關文章： UWB 復雜室內(nèi)環(huán)境 室內(nèi)信道模型 高精度定位

【摘要】：隨著人們對實時室內(nèi)高精度定位需求越來越強烈,傳統(tǒng)室內(nèi)定位如紅外線、藍牙、超聲波、RFID等技術,在定位精度、功耗上不能滿足人們迫切的需求。超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)技術相比于窄帶技術,其傳輸速率高、發(fā)射功率低、抗干擾和穿透能力強,在障礙物少或視距(Line of Sight,LOS)傳輸下能取得很好的定位性能,但當目標與探測器之間障礙物較多,由于非視距(Non-Line of Sight,NLOS)傳輸導致定位性能明顯下降,因此研究如何能減少或者消除NLOS傳輸帶來的誤差具有重要的價值。為此,本文首先研究了超寬帶技術特點、定位系統(tǒng)各部分功能、常見的各類定位與跟蹤算法;其次研究了UWB信號室內(nèi)傳輸信道模型,仿真并分析了IEEE802.15.4a信道模型在不同短距離場景的傳輸特點;最后為實現(xiàn)在未知場景下,對待測目標高精度定位與跟蹤,本文分為以下兩個方面做研究:一方面針對靜止目標:考慮探測環(huán)境為LOS與NLOS共存,本文設計了N-CHAN算法:它既保留了CHAN算法的優(yōu)點,即噪聲為高斯分布時,具有較小的計算量,高的定位精度,又能在噪聲為非高斯場景下實現(xiàn)較高精度定位,仿真證明N-CHAN算法定位精度明顯優(yōu)于CHAN算法;考慮在探測區(qū)域內(nèi)目標與探測器之間均為NLOS,結合質心Taylor算法以及TOA的幾何關系,設計了N-Taylor算法,它能夠檢測出相對誤差較大傳輸路徑,并在有效消除NLOS誤差的同時,解決了Taylor算法發(fā)散問題。仿真證明該算法在定位精確、迭代次數(shù)以及收斂性上明顯優(yōu)于CHAN-Taylor、Taylor、質心Taylor。另一方面針對移動目標:綜合考慮目前各類跟蹤算法特點,仿真對比得出PF算法更適合于本文研究。結合本文實際需求,融入自適應算法思想,根據(jù)目標實際運動情況與環(huán)境噪聲,改進PF算法,設計了JZ-PF算法。仿真證明在狀態(tài)方程噪聲為瑞利分布,觀測方程為高斯分布下,該算法能有效減小測量誤差,并在不同誤差條件下,均能有效的消除NLOS誤差,具有良好的魯棒性。最后本文在綜合考慮目標靜止和運動的情況,融入RSSI,設計了FFP算法。它通過檢測目標是否運動、目標與探測器之間路徑是否為LOS,而動態(tài)選擇算法,并自適應修改相關參數(shù),它有效克服了JZ-PF算法對測量數(shù)據(jù)誤差較小的敏感問題。通過MATLAB仿真證明,該算法能在復雜室內(nèi)環(huán)境下,可對未知運動狀態(tài)的目標進行定位與跟蹤,精度達到厘米級。
【關鍵詞】：UWB 復雜室內(nèi)環(huán)境 室內(nèi)信道模型 高精度定位
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究內(nèi)容及意義15-16
• 1.3.1 研究內(nèi)容15-16
• 1.3.2 研究意義16
• 1.4 本文的主要貢獻與創(chuàng)新16-17
• 1.5 本論文的結構安排17-19
• 第二章 超寬帶技術及相關理論19-36
• 2.1 超寬帶及定位系統(tǒng)概述19-22
• 2.1.1 超寬帶簡介19-20
• 2.1.2 超寬帶定位系統(tǒng)20-22
• 2.2 常見定位技術及各類定位算法分析22-29
• 2.2.1 常見定位技術及定位方法22-23
• 2.2.2 常見定位算法23-29
• 2.2.2.1 無線定位各類方法簡介23-26
• 2.2.2.2 典型TOA/TDOA定位算法介紹26-29
• 2.3 常見跟蹤算法29-34
• 2.3.1 KF算法29-30
• 2.3.2 EKF算法30
• 2.3.3 UKF算法30-32
• 2.3.4 PF算法及其擴展算法32-34
• 2.4 定位精度影響因素以及評判標準34-35
• 2.4.1 定位精度影響因素34-35
• 2.4.2 定位精度評判標準35
• 2.5 本章小結35-36
• 第三章 UWB室內(nèi)定位算法研究36-60
• 3.1 UWB室內(nèi)信道模型研究36-43
• 3.1.1 UWB信道模型研究意義36
• 3.1.2 UWB室內(nèi)信道模型分析36-38
• 3.1.3 UWB室內(nèi)信道模型仿真實現(xiàn)38-43
• 3.2 鑒定并消除NLOS誤差的TOA/TDOA算法設計43-59
• 3.2.1 LOS與NLOS共存誤差消除算法設計43-51
• 3.2.1.1 CHAN算法研究44-46
• 3.2.1.2 N-CHAN算法設計46-51
• 3.2.2 完全NLOS環(huán)境下的定位算法設計51-59
• 3.2.2.1 Taylor算法研究51-52
• 3.2.2.2 N-Taylor算法設計52-59
• 3.3 本章小結59-60
• 第四章 UWB室內(nèi)跟蹤算法研究60-77
• 4.1 常見濾波算法對比研究60-61
• 4.2 PF算法研究61-62
• 4.3 JZ-PF算法設計62-66
• 4.4 融合RSSI的跟蹤算法研究66-75
• 4.4.1 理論分析66-71
• 4.4.2 融合算法FFP設計71-75
• 4.5 本章小結75-77
• 第五章 仿真驗證與結果分析77-93
• 5.1 N-CHAN算法仿真及分析77-79
• 5.2 N-Taylor算法仿真及分析79-82
• 5.3 動態(tài)目標跟蹤算法仿真驗證與結果分析82-91
• 5.3.1 常見各類跟蹤算法仿真研究82-84
• 5.3.2 改進JZ-PF濾波算法仿真與分析84-88
• 5.3.3 目標跟蹤FFP算法仿真與實現(xiàn)88-91
• 5.4 本章小結91-93
• 第六章 總結與展望93-95
• 6.1 總結93-94
• 6.2 展望94-95
• 致謝95-96
• 參考文獻96-99
• 攻讀碩士學位期間取得的成果99-100

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