采用三次通信的TOF与TDOA联合定位算法

发布时间：2021-06-13 07:31

　　通常基于超宽带（UWB）的定位系统采用的主要技术是TOA和TDOA算法,但是TOA算法定位速度低,TDOA算法定位精度不稳定,这些情况均限制了它们在UWB定位系统中的应用。为了权衡这两种算法在定位速度和精度方面的不足,提出了一种新的TOF与TDOA联合定位算法（CTT）。该算法仅需要3次UWB通信便可测量TDOA算法所需的所有时间差信息和一个TOF距离值,并可以此计算出该定位区域内所有基站与单个标签的距离,定位速度比TOA算法提升至少50%。使用DW1000分别对TOA、TDOA与CTT算法进行定位精度对比,结果表明CTT算法在二维情况下的平均定位误差<20 cm,标准差<10 cm,接近于TOA的精度并解决了TDOA算法精度不稳定的问题。 

【文章来源】：电子测量与仪器学报. 2020,34(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

SDS-TWR通信流程

TOA是一种经典的定位算法,在二维平面情况下需要至少3个已知位置的基站来协助定位。其在二维平面的定位原理如图2所示。其中A1、A2、A3均为定位基站(统称为Ax),坐标均已知,分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3); T为移动标签,其坐标为(x,y)。通过TOF测距过程测量T到Ax的距离,然后根据圆形几何构建方程求解得到T的坐标值。图2(a)表示了理想情况下三圆正好交于一点,但是在实际情况下测量的距离值往往包含误差(图2(b)),导致三圆无法正好交于一点,此时需要将圆构建的非线性方程做线性化处理来计算出一个近似的坐标值。以d1、d2、d3分别表示标签T到基站A1、A2、A3的距离,TOA方程为:

TDOA算法以移动标签到达基站的时间差信息来构建双曲线,在先验信息下确定正确的双曲线交点来得到位置,常见的定位解算法有Fang、Taylor级数法、Chan算法等[14]。在二维层次上同样需要至少3个基站来完成定位,其在理想情况下和存在误差的情况下的定位原理如图3所示。1)时间同步算法

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于区域判定的超宽带井下高精度定位[J]. 方文浩,陆阳,卫星.  计算机应用. 2018(07)
[2]基于UWB的无人运输车的导航定位算法研究[J]. 贺晶晶,姜平,冯晓荣.  电子测量与仪器学报. 2016(11)
[3]面向室内行人的Range-only UWB/INS紧组合导航方法[J]. 徐元,陈熙源.  仪器仪表学报. 2016(09)

硕士论文
[1]基于UWB室内定位算法的研究与实现[D]. 仲江涛.深圳大学 2017



本文编号：3227286