隨著智能手機、智能穿戴等電子設備的流行,基于位置的服務（location based services,LBS）變得越來越普遍,并逐漸成為新的經(jīng)濟增長點和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),從而推動了室內(nèi)外定位技術的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,人們大約80%的日�；顒釉谑覂�(nèi)進行,因此,室內(nèi)位置信息的獲取在LBS中顯得至關重要。隨著5G時代的來臨,高帶寬、低時延的網(wǎng)絡服務將為LBS帶來更加廣闊的發(fā)展前景,也將為室內(nèi)定位產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造巨大的潛在市場。根據(jù)Marketsand Markets調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,到2022年,室內(nèi)定位的全球市場規(guī)模將達到409.9億美元。在室外,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（global navigation satellite system,GNSS）可以提供高精度的位置信息;但在室內(nèi),由于墻體和房頂?shù)冉ㄖ䴓嫾恼趽?GNSS信號被嚴重衰減甚至徹底阻擋,無法提供有效位置估計。近年來,基于無線局域網(wǎng)（wireless local area network,WLAN）、紫蜂（Zig Bee）、藍牙（bluetooth）、慣性測量單元（inertial measurement unit,IMU）、無線射頻識別（radio... 

【文章來源】：武漢大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：181 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

現(xiàn)有主要室內(nèi)定位技術精度與作用范圍對比（MautzR,2012）

基于超寬帶的室內(nèi)定位與定向關鍵技術研究12大通信距離，一個常用的方法是使用多個脈沖共同傳輸單位信息（1bit），如此以來，UWB系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率將會下降（Oppermannetal.,2004）。在室內(nèi)定位應用中，目前很少需要UWB設備具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，因此為了增加測距范圍，大多數(shù)商業(yè)化UWB室內(nèi)定位設備均采用了多脈沖聯(lián)合傳輸技術，比如TimeDomain公司的PlusON系列產(chǎn)品。圖2-2時域（a）和頻域（b）內(nèi)不同脈沖寬帶的高斯單葉（高斯脈沖波形函數(shù)來自TimeDomain公司）除了具有較高的測距精度，UWB定位系統(tǒng)還具有如下主要優(yōu)勢：系統(tǒng)簡單（成本低）、功耗低�；鶐}沖信號，不需要載波調(diào)制，因此不涉及傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)所需要的上變換（幀頻提升）、信號放大、下變換（幀頻下降）等操作。此外，UWB信號屬于非連續(xù)信號、信號占空比低，一個脈沖周期內(nèi)信號接收機僅僅需要監(jiān)聽處理其中的極小部分。有利于抑制多路徑影響。UWB信號擁有極大的帶寬、頻率分布廣，有利于抑制多路徑影響。此外，極短的脈沖減少了多路徑信號對直路徑的干擾。以FCC規(guī)定的最小帶寬500MHz為例，當多路徑與直路徑信號到達時間之差大于2ns，二者將不會產(chǎn)生重疊現(xiàn)象。帶寬越大，對到達時間差的要求低，越有利于減少多路徑影響。UWB信號中低頻部分能量衰減較慢，在遇到障礙物時可以穿透部分障礙物。因此，UWB信號具有一定的障礙物穿透能力，比如能穿透玻璃、木頭、混泥土等。

武漢大學博士學位論文21基于信道沖擊響應（channelimpulseresponse，CIR）算法的方法和基于能量探測算法的方法�；谄ヅ錇V波算法的方法對接收到的信號波與模板波做相關處理，通過檢測滿足條件的第一個波峰來決定TOA。然而，由于UWB信號擁有極大的帶寬，無法使用純數(shù)字濾波器實現(xiàn)該方法，基于匹配濾波器的方法通常是通過模擬濾波器來實現(xiàn)。因此，精確探測一個波峰探測的可能性降低，影響了TOA測量精度。CIR算法最初用于窄帶通信中獲取通道響應。一個常見的CIR算法是CLEAN算法，該算法在CIR反演的同時提供了TOA估計（Vaughanetal.,1999）。圖2-6展示了UWB接收機接收到的信號以及通過CLEAN算法反演得到的CIR。然而，所有的CIR估計算法僅僅在高信噪比、多路徑影響較弱的情況下表現(xiàn)良好，在環(huán)境復雜的室內(nèi)環(huán)境將存在較大的誤差。在基于信號能量探測的TOA估計方法中，首先將觀測窗口內(nèi)的信號能量被分割成為多個時間片，然后以幀速率進行采樣獲得每個時間片內(nèi)的信號能量，最后通過檢測每個時間片的能量是否超過設置閾值決定TOA。基于信號能量探測的方法非常簡單，但是由于時間片劃分和閾值設定等原因，該方法容易引入誤差。圖2-6UWB接收波（上）和基于CLEAN算法的CIR（下）（2）時鐘誤差以TOA為例，UWB系統(tǒng)距離測量可以表達為：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Adaptive filter for a miniature MEMS based attitude and heading reference system[J]. 王玫,王永泉,張炎華.  Journal of Harbin Institute of Technology. 2006(05)

博士論文
[1]超寬帶無線通信及其定位技術研究[D]. 王秀貞.華東師范大學 2010

碩士論文
[1]超寬帶室內(nèi)定位研究[D]. 鄒金平.昆明理工大學 2008
[2]超寬帶室內(nèi)信道模型研究與MATLAB仿真[D]. 張冬梅.華中師范大學 2007
[3]超寬帶系統(tǒng)中定位技術的研究[D]. 田靜.吉林大學 2007
[4]超寬帶無線定位方法研究[D]. 孟宏偉.吉林大學 2007
[5]超寬帶室內(nèi)信道模型的研究[D]. 李波.山東大學 2006
[6]基于UWB脈沖信號的定位機制研究[D]. 徐友軍.北京郵電大學 2006
[7]超寬帶（UWB）室內(nèi)信道建模研究[D]. 劉江庭.哈爾濱工程大學 2006
[8]UWB室內(nèi)信道模型研究[D]. 嚴立杰.哈爾濱工程大學 2006
[9]超寬帶測距定位技術研究[D]. 朱林.四川大學 2005
[10]典型室內(nèi)環(huán)境中超寬帶信號傳播特性及UWB-IR系統(tǒng)性能研究[D]. 徐慧陽.江蘇大學 2005



本文編號：3301173