超宽带室内定位系统的研究与实现

发布时间：2021-03-19 09:45

无线定位作为室内环境中位置信息获取的主要方式,已成为当前通信及信息技术领域的研究热点。采用超宽带技术具有非接触、非视距、功耗低和精度高等优点。本文研究了无线定位技术的特点和原理,研发了基于无线通信的室内定位硬件系统。本文设计的无线定位系统包括移动标签、信号收发模块、以太网传输和电源供电等硬件部分,以及IEEE 802.15.4标准的通信帧、标签和基站的软件、上位机数据处理和显示的软件。移动标签由低功耗主控芯片、DW1000超宽带收发芯片及其外围电路和电池组成,基站由无线收发最小系统、Wifi天线匹配电路、以太网模块和电源模块组成。定位基站接收标签向外广播的通信帧,并读取标签独有ID和到达时间戳发送给交换机,上位机通过以太网传输协议获取数据并调用基于达到时间差定位算法得到标签坐标。在实验室环境下对系统进行了性能测试,结果表明在12m*12m的范围内,采用基于超宽带技术的无线定位系统,可实现对静止和移动物体准确定位。无论从定位的稳定性还是定位精度都达到预期的要求。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925

文章目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 室内定位技术的研究现状

1.2.1 红外线定位技术

1.2.2 超声波定位技术

1.2.3 蓝牙定位技术

1.2.4 ZigBee和频射技术

1.2.5 无线局域网定位技术

1.2.6 其他研究现状

1.3 超宽带技术的原理与优势

1.4 本文的主要研究内容

第2章无线定位系统方案设计

2.1 无线定位的工作原理

2.2 系统需求分析

2.3 无线定位系统设计

2.3.1 系统开发流程

2.3.2 系统方案设计

2.4 基于超宽带的定位算法

2.4.1 接受信号强度法

2.4.2 到达角度法

2.4.3 到达时间法

2.4.4 到达时间差法

2.4.5 其他测时定位方式

2.5 本章小结

第3章超宽带定位系统的硬件设计

3.1 控制单元

3.2 超宽带无线收发单元

3.3 无线网和以太网模块

3.4 最小系统辅助电路

3.4.1 时钟电路

3.4.2 天线电路

3.4.3 复位电路

3.4.4 程序烧录电路

3.4.5 扩展存储器电路

3.5 电源电路设计

3.5.1 标签电源设计

3.5.2 基站电源设计

3.6 系统硬件制作调试

3.7 本章小结

第4章超宽带定位系统的软件开发

4.1 定位系统软件总体架构

4.1.1 定位软件分层结构

4.1.2 设备驱动软件

4.2 定位流程设计

4.2.1 定位系统整体流程

4.2.2 定位标签软件设计

4.2.3 定位基站软件设计

4.3 通信帧设计

4.3.1 通信帧的结构

4.3.2 标签广播通信帧设计

4.3.3 基站通信帧设计

4.3.4 通信帧的发送

4.3.5 通信帧的接收

4.4 寄存器配置

4.4.1 覆盖范围

4.4.2 通道和带宽选择

4.4.3 前导码长度和PRF的选择

4.5 上位机软件设计

4.5.1 传输协议设计

4.5.2 上位机设计

4.6 本章小结

第5章系统测试与结果验证

5.1 测试环境搭建

5.2 静止的标签位置检测

5.2.1 实验数据采集

5.2.2 实验结果分析

5.3 运动中的标签位置监测

5.3.1 实验数据采集

5.3.2 实验结果分析

5.4 数据与误差分析

5.5 本章小结

第6章结束语

6.1 本文总结

6.2 存在的不足及改进建议

参考文献

致谢

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