隨著智能設(shè)備的普及和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)高精度的室內(nèi)無(wú)線定位需求也日益增加�；谑覂�(nèi)的位置信息服務(wù)可以在許多場(chǎng)景中得到應(yīng)用,比如工廠人員監(jiān)管、公共安全應(yīng)急響應(yīng)、定位導(dǎo)航和交友互動(dòng)等。目前,室外定位及相關(guān)基于位置的服務(wù)已經(jīng)成熟,GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)等已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,并得到了用戶(hù)的廣泛認(rèn)可。而室內(nèi)定位領(lǐng)域由于成本、定位精度、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等因素,尚未出現(xiàn)完美的解決方案,還需要進(jìn)一步地關(guān)注和發(fā)展。常見(jiàn)的室內(nèi)定位技術(shù)包括紅外線、WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、超聲波、RFID等,這些技術(shù)由于各種因素的制約,都未能得到廣泛應(yīng)用。超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)技術(shù)是一種具有廣闊發(fā)展前景的新型無(wú)線通信技術(shù)。超寬帶信號(hào)具有很高的時(shí)間分辨率和極大的帶寬,能夠?qū)崿F(xiàn)短距離高速率數(shù)據(jù)傳輸,抗多徑衰弱能力也很強(qiáng)。因此,超寬帶技術(shù)近幾年在高精度的測(cè)距和定位中收到很大的關(guān)注。針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)線定位技術(shù)在室內(nèi)定位精度低或抗多徑效應(yīng)差的問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于超寬帶技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)。首先,提出了定位服務(wù)器與移動(dòng)端應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)交互的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),解決了室內(nèi)移動(dòng)人員自主定位和導(dǎo)航的問(wèn)題;其次,針對(duì)多標(biāo)簽信道沖突問(wèn)題,提出了一種有效的多標(biāo)簽調(diào)度機(jī)制,使得系統(tǒng)能夠同時(shí)定位多個(gè)目標(biāo);然后,對(duì)現(xiàn)有的雙向測(cè)距(Two-Way Ranging,TWR)算法進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)增加一次測(cè)距交互有效地減少了由于超寬帶模塊內(nèi)部晶體振蕩器時(shí)鐘偏移引起的誤差,提高了算法性能;最后,將使用標(biāo)準(zhǔn)到達(dá)時(shí)間差(Time DifferenceofArrival,TDOA)定位算法得到的雙曲面方程組進(jìn)行線性化處理,結(jié)合Jacobi迭代法對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的位置參數(shù)進(jìn)行求解,避免了使用標(biāo)準(zhǔn)TDOA算法難以直接解算的情況。經(jīng)測(cè)試,該系統(tǒng)能在房間樓道等場(chǎng)景中穩(wěn)定工作,定位誤差在30厘米以?xún)?nèi)。與基于WiFi、藍(lán)牙等技術(shù)的定位系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)在定位精度上提高了約10倍,能夠滿足復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的精確移動(dòng)定位要求。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN925
【部分圖文】：

３．１．３雙向測(cè)距機(jī)制??在實(shí)際工作的超寬帶定位系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)都具備雙工能力，因此基于ＴＯＡ估??計(jì)的測(cè)距可以采用雙向測(cè)距的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距示意圖如圖３－２所示。??１３??

要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集傳輸，信息處理層定位系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)定位運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，應(yīng)用??層顯示系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)定位顯示的功能。不同層子系統(tǒng)的功能不同，但又是相互分??工合作的。具體如圖４－１所示。??應(yīng)用層顯示系統(tǒng)??？位置顯示，用戶(hù)交互??介????信息處理層定位系統(tǒng)?？定位方法位置估算??ｆ）????物理層位置檢測(cè)系統(tǒng)?？硬件系統(tǒng)的部署和配置??圖４－１定位系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)示意圖??結(jié)合超寬帶技術(shù)，本文提出的室內(nèi)定位系統(tǒng)的實(shí)際工作架構(gòu)圖如圖４－２所示。??標(biāo)簽和基站為主的物理層為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集傳輸提供了所需的硬件平臺(tái)；定位服??務(wù)器端的軟件設(shè)計(jì)完成了信息處理層接收數(shù)據(jù)和調(diào)用定位算法進(jìn)行位置估算的??功能。應(yīng)用層顯示系統(tǒng)包括定位服務(wù)器端和移動(dòng)端ＡＰＰ顯示兩部分，定位服務(wù)??器解算出待測(cè)標(biāo)簽位置坐標(biāo)后實(shí)時(shí)推送至移動(dòng)端ＡＰＰ同步顯示。??基站?＾?定位服務(wù)器??（ｒｒ?ＵＷＢ?＼?／Ｃｉｆｉ??ｍｍａｍ??標(biāo)簽Ｍ?［ｆｊ移動(dòng)端ＡＰＰ??圖４－２超寬帶定位實(shí)際工作架構(gòu)圖??以四基站組成的系統(tǒng)為例，理論上可以覆蓋上萬(wàn)平米，增加基站數(shù)可以進(jìn)一??步擴(kuò)大定位場(chǎng)景。然而，除了室內(nèi)覆蓋范圍，定位的實(shí)時(shí)性以及定位算法精度等??２６??

圖４－７?ＭＣＵ外圍電路圖??ＳＴＭ３２的ＳＰＩ接口與超寬帶射頻收發(fā)芯片的外部引腳相連接，可以使得主控??制器能夠?qū)ι漕l芯片內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置，對(duì)收發(fā)狀態(tài)進(jìn)行控制
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2887372