本文關(guān)鍵詞：基于UWB室內(nèi)定位算法的研究與實現(xiàn)

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【摘要】：進入21世紀(jì),隨著社會各行業(yè)的蓬勃發(fā)展和無線通信技術(shù)的顯著進步,社會各界對高精度的無線定位需求逐漸增加。室內(nèi)定位技術(shù)屬于定位技術(shù)的范疇,它與室外定位技術(shù)有一些相似性。但是室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜,定位環(huán)境惡劣,且室內(nèi)空間一般較小,因此室內(nèi)定位對定位精度和安全性要求較高。室內(nèi)環(huán)境下信號一般比較微弱,且存在著嚴(yán)重的多徑效應(yīng)和反射現(xiàn)象,這就要求相應(yīng)的室內(nèi)定位算法對各種誤差的魯棒性要強。近些年,無線通信技術(shù)發(fā)展迅速。其中,超寬帶技術(shù)(Ultra Wide Band,UWB)是一種具有很大發(fā)展前景的新型無線電通信技術(shù),其已經(jīng)被認(rèn)為是未來通信的十大技術(shù)之一。超寬帶具有極大的帶寬,能實現(xiàn)短距離高速率的數(shù)據(jù)傳輸。它不僅具有較高的時間分辨率,且具有較強的抗多徑衰落能力,在高精度的測距和定位中受到很大的關(guān)注。本文以幾種室內(nèi)定位技術(shù)的比較作為切入點,對比說明了UWB在室內(nèi)定位中的優(yōu)勢。以設(shè)計便捷實用的室內(nèi)定位系統(tǒng)和提高定位精度為目的重點完成了如下幾個方面的工作:(1)介紹幾種常用的室內(nèi)定位技術(shù),對比它們的優(yōu)缺點,選用超寬帶定位為重點研究對象,對超寬帶技術(shù)相關(guān)的理論知識進行了簡述,并對其應(yīng)用場景進行了介紹;(2)完成UWB定位系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計,選用STM32為主控芯片,Deca Wave超寬帶通信模塊DWM1000用來測定端對端的距離,Wi-Fi用來完成和PC設(shè)備的通信;(3)對比超寬帶通信下幾種定位方法的優(yōu)缺點,選用TDOA(Time difference of Arrival)方式作為設(shè)計定位系統(tǒng)的定位方法并進行了深入研究。重點研究了TDOA方式下所建立的非線性方程組對待測目標(biāo)節(jié)點位置估計的幾種定位解算法,對幾種解算法進行了公式的推導(dǎo)和MATLAB仿真試驗;(4)提出一種通過卡爾曼濾波算法改進Chan氏算法的位置估計算法,并使用MATLAB完成了仿真試驗。實驗條件下,將傳統(tǒng)的Chan氏算法的定位精度從?30cm提高到了?15cm�；贒WM1000模塊實現(xiàn)了UWB定位系統(tǒng)軟件,并在實驗環(huán)境下對測距誤差曲線進行繪制,通過誤差曲線的擬合和測距值的實時誤差補償完成對系統(tǒng)實際測量結(jié)果的改進;(5)開發(fā)了輔助設(shè)計的小工具,編寫了遠(yuǎn)程控制顯示客戶端以及便于實時采集測距數(shù)據(jù)進行測距值分析和濾波算法分析上位機軟件;本文的創(chuàng)新點主要為以下幾點:(1)提出一種滑動窗口測距值加權(quán)濾波的測距值優(yōu)化算法,使該系統(tǒng)能在復(fù)雜的環(huán)境中測距表現(xiàn)更加穩(wěn)定。(2)盡可能少布置基站的情況下,提出一種Chan氏算法結(jié)合卡爾曼濾波的算法對目標(biāo)節(jié)點位置進行雙重估計,實現(xiàn)了定位精度的提升。在實驗室測試環(huán)境下,定位系統(tǒng)的定位精度在二維平面內(nèi)能夠達(dá)到?15cm,實驗結(jié)果表明本論文所設(shè)計的定位系統(tǒng)達(dá)到了實用的目的。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN925

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1 本報記者 馬靜t，

本文編號：1260852