【摘要】：現(xiàn)代通信技術與網絡技術正在飛速發(fā)展,人們對定位服務的要求越來越高,雖然現(xiàn)在室外定位的方法(GPS)已經基本成熟,但是室內領域的定位服務仍然有很大缺口。室外的定位方案無法應用在室內領域中,首先因為信號遮擋,GPS等信號無法進入室內環(huán)境,其次即使將信號引入室內或者增強信號,也會因為受到室內多徑效應的影響,使基礎定位方法的誤差急劇上升,或是無法滿足室內定位領域的精度要求。所以需要一種適用室內環(huán)境的高精度定位方案。指紋定位方法由于不會受到多徑效應影響,普遍認為是一種適用于室內環(huán)境的定位方法,近年來已經成為了室內定位的研究熱點。以信道特征作為指紋的指紋法在室內定位中利用了多徑效應中的信道獨立性,但是定位精度會受到信道的相干距離的限制。探索更高精度的室內定位方案,是本文的研究方向與重點。本文提出了一種富散射電磁環(huán)境的概念,通過人為構建多徑環(huán)境,可以改變接收機附近的散射分布,增大天線近場的角度擴展,達到縮小信道之間相關性的效果,從而突破原有相干距離的限制;根據(jù)富散射環(huán)境原理,本文提出了一種富散射天線,天線被隨機的微結構散射體包圍,在近場構建了豐富的散射環(huán)境,并將富散射天線應用到位置指紋定位中。本文首先搭建了基于信道沖擊響應的指紋定位系統(tǒng)平臺,然后利用富散射天線產生較小相干距離的效果,設計并實現(xiàn)了基于富散射環(huán)境的室內定位方案。通過利用每個位置的多徑分布的唯一性,系統(tǒng)將信道沖擊響應作為定位指紋,通過人為構造的富散射環(huán)境而實現(xiàn)了高分辨率定位效果。本文測試了在相同的環(huán)境下富散射天線和經典天線的性能,證明了富散射天線的效果,同時證實了富散射方案具有更高的定位精度,系統(tǒng)完成了在室內環(huán)境中5cm的定位精度。最后,本文提出了富散射定位方案的時間反演優(yōu)化方案。通過時間反演算法的時空聚焦特性,進一步增強系統(tǒng)的定位精度和穩(wěn)定度。對比測試了時間反演算法與互相關算法的效果,證實了時間反演算法的匯聚性與穩(wěn)定性。對于相干距離的影響本文對比了三種定位方案的效果,測試結果表明富散射環(huán)境有效減小了信道的相干距離,時間反演算法對相干距離的減小也有著一定的效果。同時測試了三種室內定位系統(tǒng)的定位效果,優(yōu)化后的系統(tǒng)方案最終達到了在室內環(huán)境中5cm的定位精度,定位準確度為100%,定位精度與準確度都優(yōu)于傳統(tǒng)指紋定位方案。
【圖文】：

圖２－１邋ＲＦＩＤ系統(tǒng)逡逑

基于電磁波的傳輸原理，根據(jù)定位目標到測量單元的距離與傳播時間成正比逡逑來進行定位。為了實現(xiàn)在平面上的定位，必須對來自至少三個參考點的信號進行逡逑ＴＯＡ測量，如圖２－２所示。對于ＴＯＡ的系統(tǒng)，需要分別測量每個參考點與目標逡逑點之間的單向傳播時間，并計算測量單元和信號發(fā)射器之間的距離才能最終確定逡逑定位目標位置。逡逑１Ｃ逡逑／邋／＇邋Ｐ＼＞邋＾逡逑，Ｉ邋Ａ逡逑Ａ邐＇逡逑圖２－２邋ＴＯＡ定位方法逡逑ＴＯＡ方法使用幾何的方法計算三個傳輸距離的的交點，首先利用傳播模型逡逑計算每點與目標點的距離７，如式（２－１）：逡逑＾邋＝邋（＾ｉ邋￣ｔ0）ｃ邐（２－１）逡逑其中卩是信號到達目標的時間，￣是發(fā)射信號的時間，ｃ為信號的傳播速度逡逑（一般為光速），再由畢達哥拉斯定理（２－２），，可得出待測點的位置。逡逑＜邋（ｘ２邋－ｘ０）＂邋＋（＾２邋－ｙ０Ｙ邋＝邐（２－２）逡逑（ｘ３邋－邋ｘ０）＿邋＋邋（＾３邋－邐）＇邋＝邋ｄｊ逡逑但是，ＴＯＡ定位中要求所有發(fā)射器和接收器必須精確同步，以保證計算的逡逑距離準確性。其次
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN92

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6 吳文p

本文編號：2627747