超宽带定位的关键技术研究

发布时间：2020-06-25 03:54

【摘要】：随着无线通信技术的发展和物联网的普及,基于位置的服务(location-based service,LBS)在现实生活中的应用越来越广泛,人们对LBS的精度要求也越来越高。全球定位系统(global positioning system,GPS)在开阔室外环境下可以提供人们精确的位置信息,但是在遮挡物多、建筑物密集的环境下定位精度很不理想,无法满足人们对近距离复杂环境下的定位需求。因此,如何在近距离复杂环境下实现高精度定位成为了研究重点。随着超宽带通信技术的提出和发展,相比较其他无线通信技术,超宽带(Ultra Wideband,UWB)技术具有较强的抗多径能力、穿透力以及很高的定位精度,因此被广泛应用于高精度近距离无线定位系统。本文针对于常用TDOA(Time Difference of Arrival)方法具有锚节点时钟精确同步难、适用性低等局限性,提出一种创新的被动式S-TDOA(Sequential-TDOA)方法,并在本文设计的系统硬件上实现。本文主要工作内容包括:1.分析了常用无线定位方法的基本原理,研究了相关超宽带定位算法,分析了定位误差的来源以及定位精度的评定标准。2.通过对常用TDOA方法的分析,针对于常用TDOA方法具有锚节点时钟精确同步难、适用性低等局限性,提出一种消除锚节点时钟频率偏差影响的被动式STDOA方法,对时钟同步效果和测量精度进行理论验证。3.对超宽带定位系统整体方案进行设计,设计并实现了系统硬件模块。在该系统硬件上分别设计并实现了基于TOA(Time of Arrival)方法以及基于被动式STDOA方法的超宽带定位系统。在基于TOA方法的超宽带定位系统设计与实现中,选用了适用于本文系统硬件且误差小的对称双边双向测距法。提出时分TOA系统通信时序的概念,并在本文设计的系统硬件上实现。选用并实现了基于TOA方法的牛顿迭代定位算法。在室内和室外两种环境下分别进行相关测试,测量结果分析得出该定位系统定位精度达到40cm。在基于被动式S-TDOA方法的超宽带定位系统设计与实现中,在本文系统硬件上实现被动式S-TDOA方法并进行了性能分析。提出链式S-TDOA系统通信时序的概念,并在本文系统硬件上实现。选用并实现了基于TDOA方法的扩展卡尔曼滤波定位算法。在室内和室外两种环境下分别进行相关测试,测量结果验证了被动式S-TDOA方法在超宽带定位领域的可行性,定位精度达到30cm,位置更新速率达到220次/s,且无用户数量限制。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN925
【图文】：

误差曲线,时钟频率,标签,偏差

jr 、不同 h 下被动式 S-TDOA 的测量误差曲线图 3-5 l=300m，不同、不同 h 下被动式 S-TDOA 的测量误差曲线由图 3-4、图 3-5 可以得出，当标签节点时钟频率偏差 h 相同时，不同距离差位置上，基于被动式 S-TDOA 方法的测量值误差随着真实位置的变化而变化，当在相同位置时，测量值误差随着标签节点时钟频率偏差 h 的增大而增大。由上述分析可以得出被动式 S-TDOA 方法在不同 l 和不同 h 的情况下最大的测量误差，如图 3-6 所示。图 3-6 不同 l、不同 h 下被动式 S-TDOA 的最大测量误差由图 3-6 可以得出

误差曲线,被动式,时钟频率,标签

图 3-5 l=300m，不同、不同 h 下被动式 S-TDOA 的测量误差曲线-4、图 3-5 可以得出，当标签节点时钟频率偏差 h 相同时，基于被动式 S-TDOA 方法的测量值误差随着真实位置的变置时，测量值误差随着标签节点时钟频率偏差 h 的增大而分析可以得出被动式 S-TDOA 方法在不同 l 和不同 h 的情如图 3-6 所示。

【参考文献】