【摘要】：室內(nèi)定位技術(shù)具有很高的實(shí)用價(jià)值,是一項(xiàng)前景很廣闊的研究課題。現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)與方案除了存在著基礎(chǔ)成本,定位精度以及普適性之間的平衡問題之外,本身的定位精度和可靠性都很難讓人滿意。完善現(xiàn)有的定位技術(shù)的同時(shí),探索新的定位方案也是我們研究的新道路。針對室內(nèi)定位的問題,本文提出了一種無時(shí)鐘同步的TDOA(Time Difference of Arrival)室內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)以倉儲搬運(yùn)機(jī)器人為背景,借助于無線電通信電路,通過高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22測量機(jī)器人身上的無線電發(fā)射器發(fā)出的信號到輔助節(jié)點(diǎn)的傳播時(shí)延差(TDOA),使用雙曲線定位法估計(jì)目標(biāo)相對坐標(biāo)位置。本文首先對室內(nèi)定位技術(shù)研究背景及現(xiàn)狀做了簡單介紹,對比了現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)及定位算法的優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)從原理上闡述對時(shí)間測量方式及方法研究過程,表明現(xiàn)有的數(shù)字時(shí)間的測量方式以及測量精度足以應(yīng)用在室內(nèi)定位的領(lǐng)域。其次提出了基于TDC-GP22室內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,主要從總體的硬件布局和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行介紹。硬件上從芯片的選型及電路設(shè)計(jì)原因等方面進(jìn)行闡述;軟件上主要對各個(gè)模塊的底層驅(qū)動(dòng)及上層應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。重點(diǎn)介紹了時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22的工作模式及軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。接下來對TDOA時(shí)差法定位實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行討論研究,采用將Chan算法和泰勒展開法相結(jié)合的定位算法解算,即先通過Chan算法進(jìn)行初始目標(biāo)位置估測,再將求到的初始解作為通過泰勒展開法進(jìn)行迭代計(jì)算,以獲取更高精度的定位坐標(biāo)。最后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試,系統(tǒng)基本功能運(yùn)行檢測的同時(shí),分別測量了一維測距實(shí)驗(yàn)測試,二維定位(LOS)實(shí)驗(yàn)測試。二維平面實(shí)驗(yàn)首先進(jìn)行了閉路實(shí)驗(yàn),然后分別在簡單環(huán)境和復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行開路實(shí)驗(yàn),分別通過Chan算法,泰勒展開法以及兩者結(jié)合定位的算法計(jì)算得到的定位結(jié)果進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該室內(nèi)定位系統(tǒng)在簡單環(huán)境的LOS二維平面下,通過Chan算法和泰勒展開法結(jié)合的定位法下定位結(jié)果理想時(shí),誤差能達(dá)到1m以內(nèi)。
[Abstract]:Indoor positioning technology has high practical value and is a promising research topic. In addition to the problem of balance among basic cost, positioning accuracy and universality, the existing indoor positioning techniques and schemes are difficult to achieve satisfactory positioning accuracy and reliability. While perfecting the existing positioning technology, exploring new positioning scheme is also a new way for us to study. Aiming at the problem of indoor positioning, this paper presents a design scheme of TDOA (Time Difference of Arrival) indoor positioning system without clock synchronization. The system is based on warehousing and handling robot, with the help of radio communication circuit, A high precision time-digital converter (TDC-GP22) is used to measure the propagation delay difference between the radio transmitter and the auxiliary node of the robot. The hyperbolic positioning method is used to estimate the relative coordinate position of the target. This paper firstly introduces the background and present situation of indoor positioning technology, compares the advantages and disadvantages of existing indoor positioning techniques and localization algorithms, and expounds the research process of time measurement methods and methods in principle. The results show that the existing digital time measurement methods and measurement accuracy are sufficient for indoor positioning. Secondly, the design scheme of indoor positioning system based on TDC-GP22 is put forward, mainly from two aspects of hardware layout and software system design. The hardware is explained from the aspects of chip selection and circuit design, and the software mainly explains the bottom driver of each module and the upper application design. The working mode and software driver design of time-digital converter (TDC-GP22) are introduced in detail. Then, the TDOA moveout algorithm is discussed, and the initial target location is estimated by the Chan algorithm, which combines the Chan algorithm and Taylor expansion algorithm. The obtained initial solution is then calculated iteratively by Taylor expansion method to obtain more accurate positioning coordinates. Finally, the system is debugged, the basic function of the system is tested, and the one-dimensional ranging experiment and the two-dimensional positioning (LOS) experiment are measured respectively. First, closed circuit experiments are carried out in two-dimensional plane experiments, and then open circuit experiments are carried out in simple and complex environments. The results are compared by Chan algorithm, Taylor expansion method and the algorithm combined with the two algorithms. The experimental results show that the error of the indoor positioning system can reach less than 1m when the positioning results are ideal under the LOS two-dimensional plane of simple environment and the combination of Chan algorithm and Taylor expansion method.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN92

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