基于富散射电磁环境信道特征的高精度室内定位技术研究

发布时间：2020-04-14 21:56

【摘要】：现代通信技术与网络技术正在飞速发展,人们对定位服务的要求越来越高,虽然现在室外定位的方法(GPS)已经基本成熟,但是室内领域的定位服务仍然有很大缺口。室外的定位方案无法应用在室内领域中,首先因为信号遮挡,GPS等信号无法进入室内环境,其次即使将信号引入室内或者增强信号,也会因为受到室内多径效应的影响,使基础定位方法的误差急剧上升,或是无法满足室内定位领域的精度要求。所以需要一种适用室内环境的高精度定位方案。指纹定位方法由于不会受到多径效应影响,普遍认为是一种适用于室内环境的定位方法,近年来已经成为了室内定位的研究热点。以信道特征作为指纹的指纹法在室内定位中利用了多径效应中的信道独立性,但是定位精度会受到信道的相干距离的限制。探索更高精度的室内定位方案,是本文的研究方向与重点。本文提出了一种富散射电磁环境的概念,通过人为构建多径环境,可以改变接收机附近的散射分布,增大天线近场的角度扩展,达到缩小信道之间相关性的效果,从而突破原有相干距离的限制;根据富散射环境原理,本文提出了一种富散射天线,天线被随机的微结构散射体包围,在近场构建了丰富的散射环境,并将富散射天线应用到位置指纹定位中。本文首先搭建了基于信道冲击响应的指纹定位系统平台,然后利用富散射天线产生较小相干距离的效果,设计并实现了基于富散射环境的室内定位方案。通过利用每个位置的多径分布的唯一性,系统将信道冲击响应作为定位指纹,通过人为构造的富散射环境而实现了高分辨率定位效果。本文测试了在相同的环境下富散射天线和经典天线的性能,证明了富散射天线的效果,同时证实了富散射方案具有更高的定位精度,系统完成了在室内环境中5cm的定位精度。最后,本文提出了富散射定位方案的时间反演优化方案。通过时间反演算法的时空聚焦特性,进一步增强系统的定位精度和稳定度。对比测试了时间反演算法与互相关算法的效果,证实了时间反演算法的汇聚性与稳定性。对于相干距离的影响本文对比了三种定位方案的效果,测试结果表明富散射环境有效减小了信道的相干距离,时间反演算法对相干距离的减小也有着一定的效果。同时测试了三种室内定位系统的定位效果,优化后的系统方案最终达到了在室内环境中5cm的定位精度,定位准确度为100%,定位精度与准确度都优于传统指纹定位方案。
【图文】：

图２－１邋ＲＦＩＤ系统逡逑

基于电磁波的传输原理，根据定位目标到测量单元的距离与传播时间成正比逡逑来进行定位。为了实现在平面上的定位，必须对来自至少三个参考点的信号进行逡逑ＴＯＡ测量，如图２－２所示。对于ＴＯＡ的系统，需要分别测量每个参考点与目标逡逑点之间的单向传播时间，并计算测量单元和信号发射器之间的距离才能最终确定逡逑定位目标位置。逡逑１Ｃ逡逑／邋／＇邋Ｐ＼＞邋＾逡逑，Ｉ邋Ａ逡逑Ａ逦＇逡逑图２－２邋ＴＯＡ定位方法逡逑ＴＯＡ方法使用几何的方法计算三个传输距离的的交点，首先利用传播模型逡逑计算每点与目标点的距离７，如式（２－１）：逡逑＾邋＝邋（＾ｉ邋￣ｔ0）ｃ逦（２－１）逡逑其中卩是信号到达目标的时间，￣是发射信号的时间，ｃ为信号的传播速度逡逑（一般为光速），再由毕达哥拉斯定理（２－２），，可得出待测点的位置。逡逑＜邋（ｘ２邋－ｘ０）＂邋＋（＾２邋－ｙ０Ｙ邋＝逦（２－２）逡逑（ｘ３邋－邋ｘ０）＿邋＋邋（＾３邋－逦）＇邋＝邋ｄｊ逡逑但是，ＴＯＡ定位中要求所有发射器和接收器必须精确同步，以保证计算的逡逑距离准确性。其次
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 苗青;李敬能;;室内定位的发展与应用[J];中国新通信;2019年14期

2 张胜利;焦诚;付永恒;;室内定位方法和技术综述[J];数字技术与应用;2018年10期

3 陈献;王贵鑫;;室内定位技术发展及应用研究[J];科学技术创新;2019年17期

4 王思阳;梁文清;周晓婷;李佳敏;林丹仪;郑誉煌;;基于蓝牙射频的室内定位系统[J];工业控制计算机;2016年12期

5 袁海涛;刘岩;;无源室内定位导航技术服务平台设计与应用[J];北京测绘;2017年S1期

6 谢思远;罗圣美;李伟华;韦薇;;精准室内定位关键技术及应用[J];信息通信技术;2015年06期

7 牛长流;王迪;孟杉;张天;;基于惯性导航的室内定位技术[J];数码世界;2017年06期

8 张超;;一种基于距离的室内定位算法模型[J];中国原子能科学研究院年报;2013年00期

9 ;室内定位蓄势待发[J];建材发展导向;2013年06期

10 姜振宇;袁瑞铭;鲁观娜;李文文;王晨;吕言国;李光远;;基于比幅分区法的室内定位技术研究与应用[J];电测与仪表;2018年S1期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 胡斌;宋娜娜;;基于航位推测技术的消防人员室内定位系统研究[A];2014中国消防协会科学技术年会论文集[C];2014年

2 孙蕾;张欣旺;张凯奕;王东;邓伟;丁海煜;;基于移动通信网络的蓝牙室内定位系统[A];5G网络创新研讨会（2019）论文集[C];2019年

3 于博聪;;一种基于RFID技术室内定位的应用[A];第三十一届中国（天津）2017’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2017年

4 张超;;一种基于距离的室内定位算法模型[A];中国原子能科学研究院年报 2013[C];2014年

5 徐劲松;卢晓春;边玉敬;;基于UWB的室内定位系统设计与仿真[A];2009全国时间频率学术会议论文集[C];2009年

6 吴文p

本文编号：2627747