基于DWM1000的UWB室内定位系统设计

发布时间：2020-04-26 04:39

【摘要】：随着现代科技的飞速发展,信息交流以及导航定位服务也开始蓬勃发展,基于位置服务的通信业务已经在各个领域中得到应用。人类社会对目标的检测、定位跟踪和导航的要求与日俱增,尤其是在人员密集的室内环境中,因此通信能力强、功耗低、定位精度高的定位系统是非常迫切需要的。而目前一种全新的UWB技术正在悄然步入人们的日常生活之中,UWB具有超低的发射功率、超高的数据传输速率以及超宽的信号带宽等特色,基于上述特点UWB被确信为未来最具发展的无线电技术之一,因此UWB非常适合搭建室内定位平台。本文以UWB作为室内定位的研究基础,首先围绕DecaWave公司生产的DWM1000进行了定位基站及被测移动站的硬件设计开发,搭建以STM32系列作为微处理器的定位平台;然后在此平台上进行了相应的嵌入式软件开发,实现各外设之间的信息交互;接着讨论了几种常用的测距定位技术,确定TOA为最适合UWB定位的测距技术,而后围绕着TOA的几种测距方法展开研究,分析这几种方法的测距时间及时钟漂移对测距误差的影响,结合误差仿真图进行分析,提出一种基本消除时钟漂移影响的SDS-TWR优化测距算法。随后展开对定位算法的研究,研究常用的室内定位算法,提出一种基于最小二乘法的泰勒融合定位算法,而后针对多基站定位下个别基站可能会出现测距故障的情况,将应用于GPS接收机中的RAIM算法移植到本系统中并进行适应性的改进,接着针对连续定位中可能出现的跳变情况,加入滤波算法对其进行处理;最后在硬件平台上进行测试,最终的实验结果表明该系统的室内测距误差在10cm,定位精度可达到20cm并可排除故障测距引起的定位不精确的问题,能够良好的完成定位跟踪。
【图文】：

定位系统

第 2 章 UWB 定位系统平台设计上一章对课题研究的背景意义、研究现状以及发展前景进行了分析，对目前主内定位方法进行了简单的介绍，同时介绍了国内外对 UWB 的研究及目前的研究成 UWB 定位的优势进行了分析，，确定了课题研究的意义，并对整篇文章的结构安说明。本章将简要介绍课题实现的平台设计，包括硬件平台的搭建及嵌入式软件。1 系统架构及结构组成1.1 系统架构本文所研究的基于 DWM1000 的 UWB 定位系统，其使用 Decawave 公司所生频收发芯片 DWM1000 作为核心，在此基础上开展 UWB 基站与移动站的硬件设与软件算法的研究，最终实现 10cm 左右的测距精度以及 20cm 左右的定位精度系统的整体设计如图 2.1。

连接图,连接图,微控制器

图 2.6 DW1000 芯片内部原理框图上面的箭头方向表示了各个部分之间的相互作用。数字收发器主要是接收来自主机处理器的数据和提供主机处理器接收的数据。DWM1000 与主处理器的连接图如图 2.7 所示。DWM1000 芯片的内部上拉电路和下拉电路是为了确保主机接口的操作事件信号被断开时的安全性。上拉电路和下拉电路仅供内部使用，不能使用外部的高电平信号或低电平信号。内部下拉电阻的阻值范围在34-90k，内部上拉电阻的阻值范围在 40-90k。锁相环/时钟发生器模拟发射机主机接口/SPI状态控制器收发机连接主机
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN925

【参考文献】