UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術(shù),利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),也可以稱為脈沖無線電,可用于無線通信、位置測定、雷達(dá)等領(lǐng)域。早期UWB技術(shù)一直被美國用于軍事領(lǐng)域,但是伴隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展與成熟,推動了許多無線業(yè)務(wù)的發(fā)展,一些場合對高精度定位的需求越來越多,民眾對UWB技術(shù)的呼聲越來越高。UWB技術(shù)在2002年2月美國聯(lián)邦通信委員會正式允許它用于民用,UWB技術(shù)憑借自身的穿透能力強(qiáng)、多徑分辨能力高、極寬的帶寬等特點(diǎn)成為了測距和定位中最受歡迎的技術(shù)。UWB技術(shù)一般用于室內(nèi)小范圍的定位,用于室外定位的研究相對較少。本文的研究是基于UWB的室外定位,主要是針對一些特定的場合進(jìn)行定位,比如小型的運(yùn)動場地、訓(xùn)練場、游樂場,采用高精度的UWB技術(shù),可以精確的找到人員的位置,同時可以對人員的運(yùn)動軌跡進(jìn)行分析。UWB室外定位應(yīng)用范圍廣泛,目前我國對于UWB技術(shù)在定位方面的研究大部分還處在實驗室的研究階段,本文的研究具有廣泛的意義。本文以UWB技術(shù)的基本原理為基礎(chǔ),分析了UWB信號的實現(xiàn)方式以及信道模型的特性,進(jìn)一步了解了UWB信號的傳播特性;研究UWB無線定位方法,得出TOA、TDOA定位方法更適合在UWB信道中進(jìn)行定位;研究UWB常用的定位算法,包括Fang、Chan、泰勒算法,分析最小二乘法在TOA和TDOA定位算法中的求解,仿真每個算法在不同環(huán)境下的特性,得出每個算法都有自己的局限性,提出了卡爾曼濾波算法,對卡爾曼濾波算法進(jìn)行了改進(jìn)和仿真,得出卡爾曼濾波算法在不同環(huán)境下的定位結(jié)果優(yōu)于其他算法,可有效的抑制非視距誤差。本文最后提出了系統(tǒng)的整體框架,給出了整個系統(tǒng)的實現(xiàn)方案,利用DW1000芯片設(shè)計了標(biāo)簽和基站的硬件電路圖,測試了標(biāo)簽和基站,它們之間的測距誤差在10cm以內(nèi),精度較高,直視距離在350m左右,非直視距離在45m左右,可以滿足室外定位的距離;分析了標(biāo)簽之間的工作狀態(tài),計算了工作的標(biāo)簽的數(shù)量,定位過程中有很多想不到的因素,對影響系統(tǒng)精度的因素進(jìn)行了分析,最后得出室外UWB精確定位系統(tǒng)的實現(xiàn)可行。
【學(xué)位單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN925

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本文編號：2823033