隨著全球?qū)κ覂?nèi)高精度定位問(wèn)題的重視,超寬帶（Ultra-Wideband,UWB）定位技術(shù)逐漸興起,成為室內(nèi)定位技術(shù)的主力軍。然而,在一些復(fù)雜環(huán)境中由于障礙物密集和地勢(shì)復(fù)雜等因素,導(dǎo)致UWB信號(hào)的傳播在視距（Line of Sight,LOS）與非視距（Non Line of Sight,NLOS）兩種方式之間隨機(jī)切換,使得定位的精度下降。本文針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的UWB定位問(wèn)題進(jìn)行研究,主要研究包含兩部分內(nèi)容:（1）復(fù)雜環(huán)境下基于多維尺度標(biāo)度（Mutidimensional Scaling,MDS）的UWB靜態(tài)定位問(wèn)題。在這一部分內(nèi)容中,首先分析了經(jīng)典MDS算法在UWB定位中的應(yīng)用,并就經(jīng)典MDS算法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,由于測(cè)量誤差較大導(dǎo)致的定位不穩(wěn)健進(jìn)行了改進(jìn)。采用基于最小絕對(duì)誤差（Least Absoulte Error,LAE）的原則構(gòu)造出關(guān)于距離的代價(jià)函數(shù),得到一種基于LAE的MDS算法,使得MDS算法更加穩(wěn)健。同時(shí),建立一種基于廣義重心坐標(biāo)的還原算法,將MDS算法所求的相對(duì)位置還原到絕對(duì)位置。針對(duì)錨節(jié)點(diǎn)標(biāo)定花費(fèi)大量人力物力資源的問(wèn)題進(jìn)行研究,建立了一種基于MDS的錨節(jié)點(diǎn)自標(biāo)定算法。... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

全球室內(nèi)定位市場(chǎng)規(guī)模

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文能滿(mǎn)足人們對(duì)高精度室內(nèi)定位的要求[6–8]。在一些復(fù)雜環(huán)境（如室內(nèi)、地下環(huán)境）中，由于地形復(fù)雜和障礙物密集等因素的影響，導(dǎo)致UWB信號(hào)傳播會(huì)在視距（LineofSight,LOS）傳播與非視距（NonLineofSight,NLOS）傳播兩種形式之間隨機(jī)切換[4,12]。而在NLOS傳播方式中，由于信號(hào)直射路徑的缺失，使得信號(hào)的傳播時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)生了正偏差，這極大的影響了定位的精度。因此，研究在LOS/NLOS混合環(huán)境下的UWB定位問(wèn)題對(duì)于提高室內(nèi)定位的精度有著較大的意義。圖1.1:全球室內(nèi)定位市場(chǎng)規(guī)模圖1.2:各種傳感器定位精度圖1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)UWB技術(shù)最早是非民用的，主要應(yīng)用在軍事國(guó)防中。然而隨著該技術(shù)的逐漸成熟，UWB技術(shù)于2002年2月被美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FederalCommunicationsCommission,FCC）批準(zhǔn)在民用通信中使用[8]。自此之后，科研機(jī)構(gòu)和各大公司對(duì)UWB技術(shù)的關(guān)注和研究在不斷的升溫。本節(jié)將就國(guó)內(nèi)外UWB的發(fā)展趨勢(shì)與研究現(xiàn)狀做相應(yīng)的概述。1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)隨著UWB技術(shù)的開(kāi)放，國(guó)外掀起了研究UWB的熱潮，眾多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)與企業(yè)都相繼開(kāi)展了對(duì)UWB技術(shù)的研究。學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)方面，國(guó)外眾多高校的科研實(shí)驗(yàn)室都投入對(duì)UWB技術(shù)的研究，如麻省理工的無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。企業(yè)方面，如英國(guó)Ubisense、美國(guó)Timedomain和-2-

技術(shù)表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，并取得了較好的成績(jī)。這表明了近年來(lái)，UWB在室內(nèi)定位中逐步興起，未來(lái)將有望成為室內(nèi)定位的主力軍。目前國(guó)外發(fā)展的較為成熟的UWB定位系統(tǒng)[11]有如下3種：(1)Localizers定位系統(tǒng)Localizers是美國(guó)AETHERWIRE&LOCATION開(kāi)發(fā)的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要至少3個(gè)以上的參考點(diǎn)通過(guò)脈沖的方式與收發(fā)機(jī)通信，利用接收數(shù)據(jù)中偽隨機(jī)碼的時(shí)延來(lái)計(jì)算參考點(diǎn)與收發(fā)機(jī)之間的距離，并利用該距離進(jìn)行定位[12]。該定位系統(tǒng)具有30m-60m的定位范圍，收發(fā)機(jī)與參考點(diǎn)在LOS環(huán)境下的測(cè)距精度在5cm左右。(2)Sapphire定位系統(tǒng)圖1.3為SapphireUWB室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由MultispectralSolutions公司開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)由未知節(jié)點(diǎn)、參考節(jié)點(diǎn)、接收器、處理器及上位機(jī)組成。處理器采集接收器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確定不同接收器之間的時(shí)間差，并利用時(shí)間差來(lái)定位，精度可達(dá)30cm[12]。同時(shí)，在上位機(jī)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)顯示定位信息，便于管理人員監(jiān)控定位對(duì)象的實(shí)時(shí)情況。圖1.3:Sapphire定位系統(tǒng)(3)Ubisense定位系統(tǒng)如圖1.4所示為Ubisense7000室內(nèi)定位系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)采用的是融合測(cè)角度與距離的UWB設(shè)備，這種設(shè)備采用的是混合AOA與TDOA的定位方式[12]，所以在Ubisense7000室內(nèi)定位系統(tǒng)中減少了錨節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，使定位系統(tǒng)只要滿(mǎn)足有2個(gè)錨節(jié)點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)定位，且該套系統(tǒng)在理論的定位精度可達(dá)15cm。手機(jī)行業(yè)的佼佼者，蘋(píng)果公司在2019年9月11日的新品發(fā)布會(huì)上宣布新一代蘋(píng)果手機(jī)將全部搭載UWB芯片，提高手機(jī)的定位性能。蘋(píng)果公司將手機(jī)搭載UWB芯片這一舉措，可以克服-3-


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