室外UWB精确定位系统的研究与实现

发布时间：2020-09-19 21:48

　　 UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,也可以称为脉冲无线电,可用于无线通信、位置测定、雷达等领域。早期UWB技术一直被美国用于军事领域,但是伴随着无线通信技术的发展与成熟,推动了许多无线业务的发展,一些场合对高精度定位的需求越来越多,民众对UWB技术的呼声越来越高。UWB技术在2002年2月美国联邦通信委员会正式允许它用于民用,UWB技术凭借自身的穿透能力强、多径分辨能力高、极宽的带宽等特点成为了测距和定位中最受欢迎的技术。UWB技术一般用于室内小范围的定位,用于室外定位的研究相对较少。本文的研究是基于UWB的室外定位,主要是针对一些特定的场合进行定位,比如小型的运动场地、训练场、游乐场,采用高精度的UWB技术,可以精确的找到人员的位置,同时可以对人员的运动轨迹进行分析。UWB室外定位应用范围广泛,目前我国对于UWB技术在定位方面的研究大部分还处在实验室的研究阶段,本文的研究具有广泛的意义。本文以UWB技术的基本原理为基础,分析了UWB信号的实现方式以及信道模型的特性,进一步了解了UWB信号的传播特性;研究UWB无线定位方法,得出TOA、TDOA定位方法更适合在UWB信道中进行定位;研究UWB常用的定位算法,包括Fang、Chan、泰勒算法,分析最小二乘法在TOA和TDOA定位算法中的求解,仿真每个算法在不同环境下的特性,得出每个算法都有自己的局限性,提出了卡尔曼滤波算法,对卡尔曼滤波算法进行了改进和仿真,得出卡尔曼滤波算法在不同环境下的定位结果优于其他算法,可有效的抑制非视距误差。本文最后提出了系统的整体框架,给出了整个系统的实现方案,利用DW1000芯片设计了标签和基站的硬件电路图,测试了标签和基站,它们之间的测距误差在10cm以内,精度较高,直视距离在350m左右,非直视距离在45m左右,可以满足室外定位的距离;分析了标签之间的工作状态,计算了工作的标签的数量,定位过程中有很多想不到的因素,对影响系统精度的因素进行了分析,最后得出室外UWB精确定位系统的实现可行。
【学位单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN925

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本文编号：2823033