一种基于FPGA的伪码室内定位技术研究
发布时间：2021-11-27 12:36
随着人们活动的室内区域日益扩大化和复杂化,室内定位技术的需求也越来越明显。基于伪随机码的室内定位技术兼具定位精度高和无模糊距离大的优点,并且与手机兼容性好,是非常具有前景的定位技术。因此,本文设计并实现了一种基于FPGA的伪码室内定位系统。测试结果表明,本系统能够达到较高定位精度,并且可靠性高。首先,本文对伪码同步技术进行了研究。伪码同步技术是实现伪码测距或定位的理论基础,包含同步捕获和同步跟踪两部分,其目的是测量接收伪码和本地伪码的相位差。在匹配滤波器的捕获方法基础上,本文通过结构方面的改进和采样率方面的特殊考虑,提高了伪码捕获的准确性和可靠性。利用全数字的方法分析伪码跟踪技术,主要包括载波环和码环两个环路。载波环采用数字锁相环实现,详细分析了其实现原理以及各模块的参数整定方法。针对传统码环存在码相位跟踪不准确的缺点,提出增加相关支路的方法,并对相干积分器和非相干积分器进行了详细的分析与设计,有效地提高了码环的准确性和实时性。在利用伪码同步技术实现测距的基础上,提出了定位系统的架构,且能实现多目标测量;提出利用卡尔曼滤波器对测量数据进行预处理的方法,有效提高了定位的稳定性。然后,对所...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-2双层无线传感器网络Fig.1-2Doublelayerwirelesssensornetwork
图 3-4 低通滤波器仿真波形Fig. 3-4 Simulation waveform of low pass filter以发现，电路稳定后输出ou 为稳定的直流信号，在理想情况下滤 中的高频信号；其输出直流信号幅值为输入信号的平均值。数据预处理内信号的非视距（NLOS）传播，是影响定位精度的重要原因[61]。号本身在空间就会出现衰减，在室内复杂的环境中，墙壁以及室内存在会使得电磁波发生反射、衍射，造成信号传播情况更加复杂；是由于障碍物的存在，信号到达空间某一位置就有不同的通道，这效应。号在室内这么复杂的信道中传播，势必引起误差。这也是不得不考于本文侧重点在于系统的设计以及算法的实现，对于信道方面考虑
4.1 伪码的产生第二章中已经介绍了产生伪随机码（m 序列）的移位寄存器结构。本设计中采用 5 级寄存器结构，三个基站分别采用三个不同的伪码序列，其多项式表达分别为5 21f ( x) x x 1(4-1)5 4 3 22f ( x ) x x x x 1(4-2)5 4 23f ( x) x x x x 1(4-3)以1f ( x )为例说明如何通过 FPGA 产生所需 m 序列。利用直接数字频率合成器（Direct Digital Synthesizer，DDS）产生伪随机码的时钟，其核心部件相位累加器前面已经介绍过，其最高位作为伪随机码的时钟。这样设计的目的是为了在捕获和跟踪环节能够调节伪码速率和相位。图 4-1 为 RTL 结构图，包含两个模块，伪随机码时钟模块和其产生模块。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB软件的FIR数字滤波器的设计和仿真[J]. 赵秀克,刘剑,巩沛源. 电子世界. 2016(13)
[2]基于信噪比控制的滑动相关捕获法[J]. 赵志远,陈树新,华璐. 科学技术与工程. 2013(31)
[3]匹配滤波器同步捕获技术FPGA设计[J]. 代敏,禹思敏,罗玉玲. 通信技术. 2010(02)
[4]一种数字匹配滤波器的设计[J]. 王俊花,崔永. 自动化技术与应用. 2009(04)
[5]扩频通信中PN码串行捕获的FPGA实现[J]. 陈涛,何培龙. 仪器仪表用户. 2008(02)
[6]航天扩频测控通信系统中伪码测距方法及精度分析[J]. 唐军,谢澍霖,王卫星. 电讯技术. 2006(04)
[7]基于FPGA的扩频测距快速捕获方法研究[J]. 杨俊,邢克飞,杨波,王跃科. 电子器件. 2003(04)
[8]一种m序列伪码发生器的产生方法[J]. 吴先用,邹学玉. 测控技术. 2003(09)
博士论文
[1]基于UWB信号的多基站与单基站定位算法的研究与性能分析[D]. 屠晓东.中国海洋大学 2012
[2]卫星定位接收机同步技术研究[D]. 张大卫.华中科技大学 2010
[3]基于WLAN的室内定位技术研究[D]. 张明华.上海交通大学 2009
[4]再生伪码测距技术及实现研究[D]. 金小军.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于FPGA的载波同步与位同步系统的设计[D]. 张嘉良.大连海事大学 2016
[2]基于机器学习的射频指纹定位方法研究[D]. 刘江龙.电子科技大学 2015
[3]基于AD9361的软件无线电硬件平台设计与实现[D]. 郜泽.电子科技大学 2015
[4]基于WiFi的RSSI指纹定位算法研究[D]. 张文学.电子科技大学 2015
[5]基于无线定位技术的矿井联系测量方法研究[D]. 李康.西安科技大学 2014
[6]高动态下SINS/GPS超紧耦合组合导航系统的仿真平台研究[D]. 石小龙.浙江大学 2014
[7]WiFi室内定位系统的设计与实现[D]. 王青.北京交通大学 2014
[8]基于AVR的RFID阅读器的研究与设计[D]. 史振桐.宁夏大学 2014
[9]基于智能手机的室内定位系统的设计与实现[D]. 刘畅.西安电子科技大学 2013
[10]基于GPS的LXI主时钟模块研制[D]. 杜鹏.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3522302
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-2双层无线传感器网络Fig.1-2Doublelayerwirelesssensornetwork
图 3-4 低通滤波器仿真波形Fig. 3-4 Simulation waveform of low pass filter以发现，电路稳定后输出ou 为稳定的直流信号，在理想情况下滤 中的高频信号；其输出直流信号幅值为输入信号的平均值。数据预处理内信号的非视距（NLOS）传播，是影响定位精度的重要原因[61]。号本身在空间就会出现衰减，在室内复杂的环境中，墙壁以及室内存在会使得电磁波发生反射、衍射，造成信号传播情况更加复杂；是由于障碍物的存在，信号到达空间某一位置就有不同的通道，这效应。号在室内这么复杂的信道中传播，势必引起误差。这也是不得不考于本文侧重点在于系统的设计以及算法的实现，对于信道方面考虑
4.1 伪码的产生第二章中已经介绍了产生伪随机码（m 序列）的移位寄存器结构。本设计中采用 5 级寄存器结构，三个基站分别采用三个不同的伪码序列，其多项式表达分别为5 21f ( x) x x 1(4-1)5 4 3 22f ( x ) x x x x 1(4-2)5 4 23f ( x) x x x x 1(4-3)以1f ( x )为例说明如何通过 FPGA 产生所需 m 序列。利用直接数字频率合成器（Direct Digital Synthesizer，DDS）产生伪随机码的时钟，其核心部件相位累加器前面已经介绍过，其最高位作为伪随机码的时钟。这样设计的目的是为了在捕获和跟踪环节能够调节伪码速率和相位。图 4-1 为 RTL 结构图，包含两个模块，伪随机码时钟模块和其产生模块。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB软件的FIR数字滤波器的设计和仿真[J]. 赵秀克,刘剑,巩沛源. 电子世界. 2016(13)
[2]基于信噪比控制的滑动相关捕获法[J]. 赵志远,陈树新,华璐. 科学技术与工程. 2013(31)
[3]匹配滤波器同步捕获技术FPGA设计[J]. 代敏,禹思敏,罗玉玲. 通信技术. 2010(02)
[4]一种数字匹配滤波器的设计[J]. 王俊花,崔永. 自动化技术与应用. 2009(04)
[5]扩频通信中PN码串行捕获的FPGA实现[J]. 陈涛,何培龙. 仪器仪表用户. 2008(02)
[6]航天扩频测控通信系统中伪码测距方法及精度分析[J]. 唐军,谢澍霖,王卫星. 电讯技术. 2006(04)
[7]基于FPGA的扩频测距快速捕获方法研究[J]. 杨俊,邢克飞,杨波,王跃科. 电子器件. 2003(04)
[8]一种m序列伪码发生器的产生方法[J]. 吴先用,邹学玉. 测控技术. 2003(09)
博士论文
[1]基于UWB信号的多基站与单基站定位算法的研究与性能分析[D]. 屠晓东.中国海洋大学 2012
[2]卫星定位接收机同步技术研究[D]. 张大卫.华中科技大学 2010
[3]基于WLAN的室内定位技术研究[D]. 张明华.上海交通大学 2009
[4]再生伪码测距技术及实现研究[D]. 金小军.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于FPGA的载波同步与位同步系统的设计[D]. 张嘉良.大连海事大学 2016
[2]基于机器学习的射频指纹定位方法研究[D]. 刘江龙.电子科技大学 2015
[3]基于AD9361的软件无线电硬件平台设计与实现[D]. 郜泽.电子科技大学 2015
[4]基于WiFi的RSSI指纹定位算法研究[D]. 张文学.电子科技大学 2015
[5]基于无线定位技术的矿井联系测量方法研究[D]. 李康.西安科技大学 2014
[6]高动态下SINS/GPS超紧耦合组合导航系统的仿真平台研究[D]. 石小龙.浙江大学 2014
[7]WiFi室内定位系统的设计与实现[D]. 王青.北京交通大学 2014
[8]基于AVR的RFID阅读器的研究与设计[D]. 史振桐.宁夏大学 2014
[9]基于智能手机的室内定位系统的设计与实现[D]. 刘畅.西安电子科技大学 2013
[10]基于GPS的LXI主时钟模块研制[D]. 杜鹏.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3522302
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