【摘要】：伴隨著移動通信和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)近幾年的不斷發(fā)展,在室內(nèi)環(huán)境下基于位置的服務(wù)(LBS)越來越受到人們關(guān)注。傳統(tǒng)的室內(nèi)定位如紅外線、RFID、藍牙等技術(shù),在系統(tǒng)成本、定位精度、復(fù)雜度、穩(wěn)定性等方面不能滿足用戶需求。在這樣的背景下,超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)定位技術(shù)引起了人們的重視。UWB技術(shù)具有高通信能力、抗多路徑、穿透能力強、高時間分辨率等優(yōu)點,因此是室內(nèi)高精度定位的較好選擇。本文圍繞著如何提高UWB室內(nèi)定位精度展開討論與研究,主要工作包括：分析了常用的室內(nèi)定位技術(shù)的優(yōu)缺點和對UWB使用各種技術(shù)的可行性進行了分析,在理論上論證了適合UWB定位的技術(shù),研究分析表明：基于接收信號強度(RSS)的定位技術(shù)易受外界環(huán)境干擾定位精度較差；基于信號到達角度(AOA)的定位技術(shù)需要天線陣列且不適合在多路徑密集的環(huán)境下應(yīng)用;基于信號到達時間的定位技術(shù)能夠充分利用UWB信號的穿透能力強、抗多路徑和高時間分辨率等優(yōu)點,具有很高的定位精度。通過對UWB的測距方法進行分析,確定基于到達時間差(TDOA)的測距方式適合UWB,并實驗測試了不同室內(nèi)環(huán)境下UWB的測距精度和分析了多路徑、系統(tǒng)偏差、比例誤差、異常值、非視距(NLOS)等對測距精度的影響。測試結(jié)果表明：在室內(nèi)LOS下,多路徑對UWB測距精度影響很��；剔除測距過程中產(chǎn)生的異常值能夠提高測距精度3mm左右。在室內(nèi)NLOS下,測距精度明顯降低,分析發(fā)現(xiàn)影響測距精度的主要因素是NLOS。針對測距中的NLOS誤差問題,分析了常用的鑒別方法。然后重點研究了如何對測距中的NLOS誤差進行抑制和粗差剔除,提出了基于自回歸的卡爾曼濾波法對UWB測距進行預(yù)處理。實驗表明,采用自回歸卡爾曼濾波法對UWB測距進行預(yù)處理后再定位,能有效提高定位精度,定位精度可達亞分米級。將UWB定位系統(tǒng)應(yīng)用到火災(zāi)現(xiàn)場救援中。通過模擬實驗表明：設(shè)計的室內(nèi)定位系統(tǒng)能夠?qū)馂?zāi)現(xiàn)場消防員位置進行精確定位與跟蹤。
[Abstract]:With the continuous development of mobile communication and wireless sensor network (WSN) in recent years, location-based service (LBS) has attracted more and more attention in indoor environment. Traditional indoor positioning such as infrared, RFID, Bluetooth and other technologies can not meet the needs of users in terms of system cost, positioning accuracy, complexity, stability and so on. In this context, ultra-broadband (Ultra Wide Band,UWB) positioning technology has attracted people's attention. UWB technology has many advantages, such as high communication ability, anti-multi-path, strong penetration ability, high time resolution and so on. Therefore, it is a good choice for indoor high precision positioning. This paper discusses and studies how to improve the accuracy of UWB indoor positioning. The main work includes: analyzing the advantages and disadvantages of the commonly used indoor positioning technology and the feasibility of using various technologies in UWB. The technology suitable for UWB positioning is demonstrated theoretically. The research and analysis show that the positioning technology based on received signal strength (RSS) is easy to be interfered with by the external environment. The positioning technology based on signal arrival angle (AOA) needs antenna array and is not suitable for application in multi-path dense environment. The positioning technology based on signal arrival time can make full use of the advantages of UWB signal, such as strong penetration ability, anti-multi-path and high time resolution, and has high positioning accuracy. Through the analysis of the ranging method of UWB, the ranging method based on arrival time difference (TDOA) is determined to be suitable for UWB, and the ranging accuracy of UWB in different indoor environments is tested, and the multi-path, system deviation, proportional error and abnormal value are analyzed. The influence of non-line-of-sight (NLOS) on ranging accuracy. The test results show that the multi-path has little effect on the ranging accuracy of UWB under indoor LOS, and the outliers produced in the process of removing ranging can improve the ranging accuracy of 3mm. Under indoor NLOS, the ranging accuracy is obviously reduced. It is found that the main factor affecting the ranging accuracy is NLOS.. Aiming at the problem of NLOS error in ranging, the commonly used identification methods are analyzed. Then, how to suppress the NLOS error and eliminate the gross error in ranging is studied, and a Kalman filter method based on autoregression is proposed to preprocess UWB ranging. The experimental results show that the autoregression Kalman filter method can effectively improve the positioning accuracy and reach the sub-decimeter level after preprocessing the UWB ranging. The UWB positioning system is applied to the fire scene rescue. The simulation results show that the designed indoor positioning system can accurately locate and track the position of firefighters in the fire scene.
【學(xué)位授予單位】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN925

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林傳分;覃錫忠;賈振紅;;基于小波分析除噪的全質(zhì)心UWB室內(nèi)定位研究[J];計算機仿真;2014年02期

2 趙俊;郭建鋒;;方差分量估計的通用公式[J];武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2013年05期

3 王守輝;曾梟林;郭建宏;孟凡坤;;一種新的消防員定位方法[J];中國科技信息;2012年20期

4 王福麗;成英燕;王潛心;韋鋮;;組合GPS/GLONASS加權(quán)偽距相對定位方法[J];礦山測量;2012年05期

5 祖軍;郝潤科;楊光;;UWB技術(shù)在消防員位置定位系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J];計算機系統(tǒng)應(yīng)用;2012年08期

6 李磊;任麗香;包云霞;何佩琨;;寬帶頻率步進信號參數(shù)估計的克拉美羅界研究[J];電子與信息學(xué)報;2011年04期

7 田輝;夏林元;莫志明;吳東金;;泛在無線信號輔助的室內(nèi)外無縫定位方法與關(guān)鍵技術(shù)[J];武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2009年11期

8 肖竹;黑永強;于全;易克初;;脈沖超寬帶定位技術(shù)綜述[J];中國科學(xué)(F輯:信息科學(xué));2009年10期

9 王磊;張洪順;柏熙;;超寬帶定位技術(shù)及應(yīng)用[J];通信對抗;2007年03期

10 王軍,張華海;衛(wèi)星幾何分布對GPS相對定位精度的影響[J];測繪科學(xué);2004年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 丁銳;基于UWB信號時延估計的無線定位技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 朱永龍;基于UWB的室內(nèi)定位算法研究與應(yīng)用[D];山東大學(xué);2014年

2 楊正文;基于CSS的高精度室內(nèi)定位技術(shù)研究與實現(xiàn)[D];湖南大學(xué);2013年

3 齊瓏;基于卡爾曼濾波的超寬無線定位系統(tǒng)研究[D];北京郵電大學(xué);2012年

4 張忠娟;基于UWB的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2012年

5 李魏峰;基于RFID的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2010年

6 劉麗坤;基于UWB脈沖信號的測距定位技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 李凡;基于超寬帶（UWB）技術(shù)的測距方法研究[D];華中師范大學(xué);2007年

8 許奔月;用于三維定位的UWB及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東華大學(xué);2007年

9 徐友軍;基于UWB脈沖信號的定位機制研究[D];北京郵電大學(xué);2006年

，

本文編號：2486714