一种基于声波通信的室内定位技术

发布时间：2017-03-20 10:08

  本文关键词：一种基于声波通信的室内定位技术，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随着通信产业和移动定位技术的快速发展,室外导航技术日趋成熟,由此催生了一系列基于位置信息服务为中心的产业,带来了巨大市场价值。随着数据业务和多媒体业务的快速发展,人们对室内位置信息的感知需求也日益迫切,尤其是在复杂的室内环境中,如机场,展厅,仓库,超市,地下停车场,矿井等常常需要准确的室内位置信息,以实现对空间的高效管理。然而,由于GPS信号在建筑物内的大幅度衰减,无法保证对室内空间的有效覆盖,对室内新的定位技术的探索研究已经逐渐成为当前热点。鉴于室内定位技术的应用场景,本文选择移动设备为开发平台,以声波通信技术为基础,提出一套纯软件的室内定位解决方案。首先分析了声波在空气信道中的传播特性,针对声波信号的衰减,多径和多普勒效应问题,选择抗干扰能力强,多径分辨率高,对多普勒不敏感的双曲调频信号作为通信波形,通过脉冲压缩技术识别信号;为能在移动终端上达到理想效果,对主流的移动设备进行声学频响测试,选择出合适的声波频段;针对移动终端信号处理特点,将采样信号进行分帧处理,并结合matlab进行验证。其次,分析研究了传统的TOA和TDOA测距技术,针对其存在的时钟同步,发送时间不确定,接收时间不确定严重影响定位精度的问题,提出双向感应,自我记录和采样计时的策略,并通过理论推导将问题转换成设备内部所接收的两个信号的时间差。仿真结果也证明了该技术的可行性。最后,在测距技术研究的基础上,提出基于声波通信的室内定位原型,利用声波的广播特性,在原型的基础上通过公式推导论证,设计出一次发射,多点感应的改进模型;针对手机开发平台的接收端和发送端进行软件设计,并在多种实际的实验室环境中进行定位试验。试验结果表明,本文设计的室内定位方案基于声波通信技术,利用移动平台在不增加任何硬件的基础上能可靠完成较高精度的室内定位。
【关键词】：室内定位 声波通信 脉冲压缩 时钟同步 双曲调频
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-16
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 室内定位技术研究状况11-13
• 1.3 课题研究的应用13-14
• 1.4 论文主要内容及安排14-16
• 第二章 声波通信和定位方法16-21
• 2.1 定位方法16-19
• 2.1.1 场强测定法16
• 2.1.2 到达角度定位法16-17
• 2.1.3 到达时间定位法17-18
• 2.1.4 到达时间差TDOA定位法18-19
• 2.2 声波在定位系统中的应用19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 系统相关技术21-34
• 3.1 声波通信信道关键问题21-24
• 3.1.1 声波的衰减特性21-22
• 3.1.2 声波的多径效应22-23
• 3.1.3 声波传播的多普勒效应23-24
• 3.2 信号的选择与识别24-29
• 3.2.1 信号识别技术25-27
• 3.2.2 声波信号带宽的确定27-29
• 3.3 声波样本处理29-31
• 3.4 基于手机脉冲压缩实验31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 测距技术34-46
• 4.1 传统的测距技术34
• 4.2 测距关键问题分析34-35
• 4.3 声波测距方案35-39
• 4.3.1 基本方案设计35-37
• 4.3.2 方案论证37-38
• 4.3.3 方案实现38-39
• 4.4 实验仿真39-45
• 4.4.1 实验设计39-40
• 4.4.2 实验结果及其分析40-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 基于声波通信的室内定位系统46-61
• 5.1 系统总体方案设计与论证46-51
• 5.1.1 系统原型46-47
• 5.1.2 改进模型47-49
• 5.1.3 定位算法49-50
• 5.1.4 系统软件总体结构50-51
• 5.2 系统移动平台的设计51-55
• 5.2.1 系统发送端设计52-54
• 5.2.2 系统接收端设计54-55
• 5.3 系统测试及分析55-60
• 5.3.1 实验设计55-57
• 5.3.2 实验结果与分析57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 课题研究总结61-62
• 6.2 课题展望62-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 庞玉红;严琪;王世闯;;双曲调频信号测速测距方法研究[J];声学与电子工程;2014年04期

2 徐会彬;施星君;薛小平;;基于超宽带信号测距的室内异步椭圆定位算法[J];系统仿真学报;2013年06期

3 刘成;;LBS定位技术研究与发展现状[J];导航定位学报;2013年01期

4 吴佳栋;朱杰;;基于TDOA方法的地面无线定位系统设计与分析[J];电子测量技术;2009年03期

5 黄际彦;万群;杨万麟;;基于稳健代价函数的移动台非直达波定位方法[J];电子测量与仪器学报;2008年01期

6 刘林;;无线定位基本概念与原理[J];学术动态;2007年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 李菁;可见光室内定位技术研究[D];北京邮电大学;2015年

2 徐伟;基于Android手机的室内定位技术研究与实现[D];华中师范大学;2014年

3 辛汉斌;基于LBS的点对点通讯技术的研究[D];武汉理工大学;2014年

4 周旭广;雷达脉冲压缩中两种调频信号的研究分析[D];西安电子科技大学;2014年

5 魏雷;WIFI位置指纹定位技术研究及仿真器设计[D];西南交通大学;2012年

6 杨德君;室内精确定位导航系统的设计与实现[D];北京邮电大学;2011年

7 叶蔚;室内无线定位的研究[D];华南理工大学;2010年

8 杜庆海;室内定位感知系统的设计与实现[D];青岛大学;2009年

9 徐盈;室内定位系统设计[D];西安电子科技大学;2009年

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本文编号：257594