本文關(guān)鍵詞：基于聲傳播的室內(nèi)定位方法研究

  更多相關(guān)文章： 聲傳播 擴(kuò)頻通信 室內(nèi)定位 時(shí)間同步 基站布局 最小二乘

【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起,室內(nèi)定位技術(shù)在一些特定場合的實(shí)用性和必要性已經(jīng)日趨顯著,應(yīng)用前景廣闊,也是目前研究熱點(diǎn)之一。在室內(nèi)環(huán)境下,衛(wèi)星信號由于無法穿透建筑物而失去效用,同時(shí)利用移動基站進(jìn)行定位得到的精度太低,無法滿足室內(nèi)定位的需求。由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜多變,室內(nèi)定位很難同時(shí)兼顧精度和穩(wěn)定性,因此構(gòu)建一個(gè)適用于室內(nèi)環(huán)境的定位系統(tǒng),具有越來越重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先介紹了空氣中聲波傳播信道的特點(diǎn),提出了一種適用于聲波傳播的數(shù)字通信系統(tǒng),采用Matlab搭建系統(tǒng)平臺對其進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明該系統(tǒng)具有一定的抗噪聲和多徑的能力。基于提出的的聲波通信系統(tǒng),本文闡述了室內(nèi)定位原理,分析了兩個(gè)對定位精度影響較大的因素：基站之間的時(shí)間同步精度以及發(fā)射基站的幾何布局。提出了兩種針對主從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行精確時(shí)鐘同步的實(shí)現(xiàn)方案,通過應(yīng)答式同步機(jī)制可以達(dá)到納秒級的高精度基站時(shí)間同步,通過廣播式同步機(jī)制可實(shí)現(xiàn)微秒級的基站時(shí)間同步。對基站布局的幾何精度遞變因子進(jìn)行了介紹,并針對實(shí)驗(yàn)場地仿真分析了幾種實(shí)際可行的布局方式,最終確定了實(shí)驗(yàn)布局方案。論文對定位解算所采用的最小二乘法原理,進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和性能分析,結(jié)果表明絕大部分點(diǎn)誤差在目標(biāo)精度范圍內(nèi),達(dá)到本方案的階段性目標(biāo)。由于基站發(fā)射的定位信號到達(dá)接收端的準(zhǔn)確時(shí)刻關(guān)系到信號的解調(diào)解擴(kuò)和偽距的測量,因此準(zhǔn)確的檢測出LFM信號達(dá)到的時(shí)刻十分重要。通過大量的實(shí)測觀察分析,提出了一種雙滑動門限窗的判定方式進(jìn)行LFM信號到達(dá)檢測,檢測效果滿足本系統(tǒng)的階段性檢測精度需求。本文最后介紹了定位系統(tǒng)中各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)方案,在實(shí)驗(yàn)室中采用這些基站平臺和外置設(shè)備進(jìn)行了基站聲波通信和室內(nèi)定位實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前基站分布和定位解算仿真結(jié)果相比基本一致。實(shí)際現(xiàn)場的運(yùn)行情況表明了本文提出的基于聲波擴(kuò)頻通信的室內(nèi)定位方法具有可行性,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：聲傳播 擴(kuò)頻通信 室內(nèi)定位 時(shí)間同步 基站布局 最小二乘
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 室內(nèi)定位技術(shù)相關(guān)16-17
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容及全文安排17-20
• 第二章 聲波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)方案20-46
• 2.1 空氣中的聲波傳播信道分析20-23
• 2.1.1 聲波傳播衰減特性20
• 2.1.2 聲波傳播的多徑效應(yīng)20-22
• 2.1.3 聲波傳輸多普勒效應(yīng)22-23
• 2.2 典型數(shù)字通信系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)23-33
• 2.2.1 信道編碼原理23-25
• 2.2.2 擴(kuò)頻通信原理25-30
• 2.2.3 調(diào)制解調(diào)原理30-33
• 2.3 聲波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33-40
• 2.3.1 系統(tǒng)框架33-34
• 2.3.2 發(fā)送信號設(shè)計(jì)34-36
• 2.3.3 信號幀同步技術(shù)36-38
• 2.3.4 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)38-40
• 2.4 系統(tǒng)仿真分析40-45
• 2.4.1 歸一化算法性能分析40-41
• 2.4.2 抗噪聲能力分析41-43
• 2.4.3 抗多徑能力分析43-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 第三章 室內(nèi)定位原理和基站設(shè)計(jì)46-62
• 3.1 定位原理46-48
• 3.2 基站時(shí)間同步48-56
• 3.2.1 應(yīng)答式同步機(jī)制49-51
• 3.2.2 廣播式同步機(jī)制51-53
• 3.2.3 基站時(shí)間同步的硬件框架設(shè)計(jì)53-56
• 3.3 基站的布局方案56-61
• 3.3.1 基站布局的幾何精度遞變因子56-58
• 3.3.2 幾種基站布局的分析58-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第四章 接收端定位解算和幀信號檢測62-70
• 4.1 最小二乘法62-63
• 4.2 定位解算的仿真分析63-65
• 4.3 接收端幀信號檢測65-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第五章 室內(nèi)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)70-87
• 5.1 室內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)70-78
• 5.1.1 基站FPGA處理板設(shè)計(jì)71-75
• 5.1.2 基站通信串口板設(shè)計(jì)75-77
• 5.1.3 接收端設(shè)計(jì)77-78
• 5.2 室內(nèi)定位方案實(shí)驗(yàn)研究78-86
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)基站聲波擴(kuò)頻通信實(shí)驗(yàn)79-83
• 5.2.2 定位實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析83-86
• 5.3 本章小結(jié)86-87
• 第六章 總結(jié)和展望87-89
• 6.1 全文工作總結(jié)87-88
• 6.2 未來工作展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 作者簡歷及在學(xué)期間所取得的研究成果93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：544476