當(dāng)今的信息化社會(huì)中,人們的工作與活動(dòng)場(chǎng)景逐漸從室外轉(zhuǎn)向室內(nèi),并且隨著5G技術(shù)的飛速發(fā)展和商用部署以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷升級(jí)和應(yīng)用,人們對(duì)室內(nèi)位置信息實(shí)時(shí)性和精確性的需求日益增強(qiáng)。傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)主要有:紅外線定位、超聲波定位、Wi-Fi定位、ZigBee、藍(lán)牙等,但這些定位技術(shù)受信號(hào)強(qiáng)度和時(shí)間誤差的影響較大,在室內(nèi)的定位精度或定位距離不如UWB定位。UWB技術(shù)因?yàn)槠湎到y(tǒng)復(fù)雜度低、信號(hào)的功率譜密度低、多徑分辨能力強(qiáng)、穿透性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)定位技術(shù)的研究。本文主要對(duì)UWB室內(nèi)定位技術(shù)的基本原理、信道模型和定位方法進(jìn)行了研究。首先通過(guò)對(duì)IEEE802.15.4a的信道進(jìn)行仿真,分析選取CM2信道作為本文復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的信道環(huán)境的原因;其次,通過(guò)對(duì)比四種UWB定位方法,得出TDOA定位方法的定位性能較好,并深入分析了影響TDOA算法定位精度的主要誤差與誤差成因;最后,針對(duì)非視距誤差和多徑干擾可能對(duì)定位精度造成的誤差問(wèn)題,對(duì)多種經(jīng)典TDOA算法進(jìn)行仿真對(duì)比,根據(jù)對(duì)比結(jié)果得到多徑干擾與非視距誤差對(duì)TDOA測(cè)距結(jié)果的影響,從而提出了一種改進(jìn)的多徑抑制算法與改進(jìn)的高斯牛頓迭代算法,并將兩種改進(jìn)... 

【文章來(lái)源】：海南大學(xué)海南省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

UWB與寬帶、窄帶信號(hào)功率對(duì)比

一種基于UWB定位的誤差抑制TDOA算法研究10圖2各信道沖激響應(yīng)仿真圖Figure2Impulseresponsesimulationdiagram表2中RMS代表均方根時(shí)延擴(kuò)展，NP10Db代表某路徑與最高功率路徑求差后比10dB小的路徑數(shù)量，NP85%代表得到85%信道功率所要達(dá)到的路徑數(shù)，NP10Db與NP85%共同表示為有效多徑數(shù)。四種環(huán)境下的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，CM2中NP10Db和NP85%獲得的有效多徑數(shù)最多，是接收有效多徑信號(hào)數(shù)量最多的信道環(huán)境；CM2中RMS與附加時(shí)延的差值最校圖2中為視距和非視距情況下各信道的沖擊響應(yīng)，從圖中可看出在多徑和非視距影響下首達(dá)信號(hào)并不是最強(qiáng)信號(hào)，且NLOS環(huán)境中多徑干擾較強(qiáng)，通過(guò)不同路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)波形的時(shí)延也不同，在最終合成信號(hào)時(shí)會(huì)導(dǎo)致初始波形被展寬。因此抑制多徑和判斷首達(dá)信號(hào)，是提高定位精度的關(guān)鍵。綜上所述CM2信道更接近于本論文的實(shí)際測(cè)試環(huán)境，更有利于UWB室內(nèi)定位技術(shù)的研究。本文所使用的測(cè)試平臺(tái)是實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的測(cè)試平臺(tái)HainanEVKRTLS3.0，其信道模型為IEEE802.15.4a下的CM2信道。2.2UWB室內(nèi)定位的基本方法UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)一般會(huì)根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)作用和類型將節(jié)點(diǎn)分為兩類，第一種是錨節(jié)點(diǎn)(AnchorNode)也叫參考節(jié)點(diǎn)或者基站，主要用于待測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息傳

一種基于UWB定位的誤差抑制TDOA算法研究12圖3TOA定位原理Figure3TOApositioningprinciple由圖3可得以下公式:{(1)2+(1)2=12(2)2+(2)2=22(3)2+(3)2=32(2-17)式(2-17)表示的是標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)到三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離，若錨節(jié)點(diǎn)為N個(gè)則需要N組方程聯(lián)立，對(duì)上式簡(jiǎn)化，得:=√()2+()2(2-18)將上述兩式(2-17)與(2-18)聯(lián)立簡(jiǎn)化即可得到標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo):[]=[2(13)2(13)2(23)2(23)]1[1232+1232+32122232+2232+3222](2-19)在三維的環(huán)境中，我們可將式(2-17)進(jìn)行改動(dòng)，一樣可以求出標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)坐標(biāo){√(1)2+(1)2+(1)2√(2)2+(2)2+(2)2…√()2+()2+()2}={12..}(2-20)雖然基于TOA的定位方法算法復(fù)雜度低，且定位精度高，但對(duì)時(shí)鐘同步的要求極高，在時(shí)鐘干擾和非視距誤差的影響下，TOA定位精度會(huì)急劇下降。而將AOA定位算法與TOA定位算法結(jié)合將會(huì)得到更高的定位精度。2.2.3TOA/AOA(到達(dá)角度)聯(lián)合定位方法AOA定位方法與TOA方法不同，AOA定位方法需要裝有天線陣列的錨節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)發(fā)送的UWB脈沖來(lái)確定信號(hào)的入射角度，一般標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)至少需要向兩個(gè)


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