本文關(guān)鍵詞：基于UWB的室內(nèi)SDS-TWR測距算法優(yōu)化和定位算法融合的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在定位系統(tǒng)中,全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有最廣泛的運用范圍,然而由于技術(shù)局限性,無法滿足人們對室內(nèi)環(huán)境下定位的要求。隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)的迅速發(fā)展,基于超寬帶(Ultra-Wideband, UWB)、藍牙、RFID(Radio Frequency Identification)等無線定位技術(shù)成為研究的熱點。其中,超寬帶技術(shù)具有發(fā)射功率低、抗多徑能力強、穿透力強、保密性好,定位精度高等特點,使其擁有更廣泛的應(yīng)用前景。本文在研究了UWB技術(shù)的特點以及信道特性,討論了基于UWB的幾種常用測距技術(shù),以及經(jīng)典的基于TOA的測距算法,并針對傳統(tǒng)的對稱雙邊雙程(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging, SDS-TWR)測距協(xié)議需要較長的時延,提出了改進算法,并給出了該算法的數(shù)學(xué)分析,從理論上證明了算法的有效性。另外針對泰勒算法對初始值的準(zhǔn)確度要求較高的問題,提出將最小二乘法與泰勒算法融合方法,并給出了仿真圖,從理論上證明了算法的可行性。最后給出了基于UWB的定位系統(tǒng)模型,并搭建了一個基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng),并在現(xiàn)實的室內(nèi)環(huán)境中進行了實地測試。本文的主要貢獻如下：(1)本文分析了幾種常用的基于UWB的測距技術(shù),通過比較他們的克拉美羅下限,指出了TOA技術(shù)對UWB測距的有效性。研究了時鐘漂移對TOA測距的影響,給出了時鐘漂移對幾種常用的TOA測距算法的影響,以及引起的誤差仿真圖。針對SDS-TWR以犧牲測量時間為代價來減小時鐘漂移影響的問題,提出一種SDS-TWR優(yōu)化測距算法,并通過數(shù)學(xué)推導(dǎo),證明了算法的有效性。(2)本論文分析了最小二乘、Chan氏、泰勒算法等常用的定位技術(shù),針對泰勒算法對初始值要求較高的問題,提出最小二乘和泰勒的融合算法,并給出其定位仿真結(jié)果。同時,針對定位過程中節(jié)點移動會帶來定位坐標(biāo)有跳動的情況,采用UKF濾波算法對定位結(jié)果進行濾波,能有效追蹤移動節(jié)點的運動。(3)實現(xiàn)了基于UWB技術(shù)的定位系統(tǒng)。搭建了一個基于DecaWave推出的DW1000芯片的UWB的定位系統(tǒng),采用優(yōu)化的SDS-TWR測距算法和最小二乘算法與泰勒算法融合的定位算法,縮短了定位時間,提高了定位精度。室內(nèi)定位精度達40cm。
【關(guān)鍵詞】：超寬帶 SDS-TWR Taylor UKF 定位系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 UWB定位的定義及其基本特點11-12
• 1.2.1 UWB的定義11
• 1.2.2 UWB的特點11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)13-15
• 1.4.1 論文的主要研究內(nèi)容13
• 1.4.2 本文的框架結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 超寬帶的概念及相關(guān)技術(shù)15-26
• 2.1 超寬帶的定義15-17
• 2.2 超寬帶信號模型17-18
• 2.3 超寬帶信道模型18-22
• 2.3.1 IEEE802.11.4a標(biāo)準(zhǔn)信道模型18-21
• 2.3.2 IEEE802.15.4a信道模型仿真21-22
• 2.4 UWB信號檢測22-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第三章 UWB測距原理26-42
• 3.1 無線測距技術(shù)26-32
• 3.1.1 RSSI測距技術(shù)及其克拉美羅下限26-28
• 3.1.2 AOA定位技術(shù)及其克拉美羅下限28-29
• 3.1.3 TOA測距技術(shù)及其克拉美羅下限29-30
• 3.1.4 TDOA定位技術(shù)30-32
• 3.1.5 適合UWB的測距技術(shù)32
• 3.2 UWB的測距算法32-41
• 3.2.1 單程測距32-33
• 3.2.2 雙程測距及其誤差分析33-35
• 3.2.3 對稱雙邊雙向測距及其誤差分析35-36
• 3.2.4 非對稱雙邊雙向測距及其誤差分析36-39
• 3.2.5 SDS-TWR算法的優(yōu)化及其誤差分析39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 超寬帶定位技術(shù)42-54
• 4.1 常用的定位算法42-47
• 4.1.1 最小二乘法42-43
• 4.1.2 Chan氏43-46
• 4.1.3 Taylor級數(shù)展開46-47
• 4.2 基于最小二乘法的Taylor融合算法47-49
• 4.3 跟蹤算法49-53
• 4.3.1 擴展卡爾曼濾波的基本思想49-50
• 4.3.2 無跡卡爾曼濾波的基本思想50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)實現(xiàn)54-61
• 5.1 定位性能指標(biāo)54
• 5.2 定位模型54-56
• 5.3 實驗結(jié)果與結(jié)論56-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-62
• 參考文獻62-69
• 致謝69

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本文編號：504446