超宽带精准实时定位系统的TDOA定位算法研究

发布时间：2020-09-16 10:00

　　随着工业4.0的提出,各行各业对例如人员、物品、设备等的精准定位需求在不断地增加。面对日趋饱和的频谱资源,超宽带室内定位技术因其自身的特点,迅速在众多室内定位技术中脱颖而出。目前,如何减小超宽带室内定位误差成为了整个超宽带定位系统必须解决的关键问题。UWB TDOA定位算法因其数学模型简单,数据运算量相对较少,成为目前UWB技术常用算法。本文基于TDOA定位算法的基础上,以Hainan EVK RTLS 3.0硬件平台为辅助手段,重点研究无线时钟同步协议和UWB室内定位网络扩展两个方面。在无线时钟同步协议方面,针对传统TPSN协议所存在的缺陷,提出一种结合神经网络的时钟同步TPSN协议。与传统TPSN协议相比,所提算法充分考虑相对漂移的影响,通过对学习样本不断重复学习,减少了随机时延对时钟同步精度的影响。为了防止掉入局部极小值,导致永不收敛,提出一种学习率在线自我调节的方法,有效增强BP神经网络模型的稳定性,从而提高所提算法的性能,时钟同步误差得到有效降低。在UWB室内定位网络扩展方面,针对不同的应用场所,在单蜂窝场景的基础上,来验证UWB室内定位系统网络扩展的可行性。实测结果表明不同子区域的室内定位精度均能满足UWB定位技术的厘米级定位要求,且相对单一区域来说,UWB室内定位系统的性能得到提升。
【学位单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN925
【部分图文】：

辐射功率,脉冲信号,谱密度,等效全向辐射功率

动通信系统的辐射功率谱密度加以严格限制，那么它会对现存用户已申请的频段造成逡逑非常严重的干扰和影响。为此，美国联邦通信委员会ＦＣＣ对ＵＷＢ脉冲信号的辐射逡逑功率谱密度也制定了一系列的规则，图２和图３分别为在室内环境和室外环境下超宽逡逑带信号在每个重要频段点上的等效全向辐射功率谱密度值。逡逑７逡逑

室外环境,辐射功率,脉冲信号,谱密度

场强,强度分布,接收信号

在二维坐标系上，需要事先知道三个或三个以上己知位置坐标的接收机（定位基逡逑站），通过接收机来接收并测量待测移动标签所发射的场强强度值，从而获得待测移逡逑动标签的真实位置，可通过添加接收机的数量来提高ＵＷＢ室内定位精度。如图４所逡逑７Ｊｎ0逡逑图４接收信号的场强强度分布图逡逑Ｆｉｇ．４邋Ｆｉｅｌｄ邋ｓｔｒｅｎｇｔｈ邋ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｅｃｅｉｖｅｄ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑在图４中，三个接近圆形的线圈代表了场强强度相同的位置，即该位置为待测移逡逑动标签的真实位置。接收机接收到信号的功率函数如下：逡逑ｍ＝ｗ0ｇ＇々逦（３－１）逡逑式中，名为参考距离，一般设为ｌｍ；邋＾／为信源与邋＜相距的距离；户（（／）和矸分逡逑别为名和Ｊ处的平均接收功率；》为ＵＷＢ路径损耗衰减指数，其大小随应用环境的逡逑不同而变化。在室内环境中，ＵＷＢ脉冲信号在传播路径上不可避免地会受到衍射、逡逑反射等千扰，对接收机接收到的信号会产生小尺度衰落现象（李力等，２０１７）。艮｜３：逡逑１６逡逑

【参考文献】