基于UWB的LOS/NLOS测距定位方法研究
发布时间：2021-03-10 23:40
随着全球对室内高精度定位问题的重视,超宽带（Ultra-Wideband,UWB）定位技术逐渐兴起,成为室内定位技术的主力军。然而,在一些复杂环境中由于障碍物密集和地势复杂等因素,导致UWB信号的传播在视距（Line of Sight,LOS）与非视距（Non Line of Sight,NLOS）两种方式之间随机切换,使得定位的精度下降。本文针对复杂环境下的UWB定位问题进行研究,主要研究包含两部分内容:（1）复杂环境下基于多维尺度标度（Mutidimensional Scaling,MDS）的UWB静态定位问题。在这一部分内容中,首先分析了经典MDS算法在UWB定位中的应用,并就经典MDS算法在实际应用过程中,由于测量误差较大导致的定位不稳健进行了改进。采用基于最小绝对误差（Least Absoulte Error,LAE）的原则构造出关于距离的代价函数,得到一种基于LAE的MDS算法,使得MDS算法更加稳健。同时,建立一种基于广义重心坐标的还原算法,将MDS算法所求的相对位置还原到绝对位置。针对锚节点标定花费大量人力物力资源的问题进行研究,建立了一种基于MDS的锚节点自标定算法。...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球室内定位市场规模
杭州电子科技大学硕士学位论文能满足人们对高精度室内定位的要求[6–8]。在一些复杂环境（如室内、地下环境）中，由于地形复杂和障碍物密集等因素的影响，导致UWB信号传播会在视距（LineofSight,LOS）传播与非视距（NonLineofSight,NLOS）传播两种形式之间随机切换[4,12]。而在NLOS传播方式中，由于信号直射路径的缺失，使得信号的传播时间延长，产生了正偏差，这极大的影响了定位的精度。因此，研究在LOS/NLOS混合环境下的UWB定位问题对于提高室内定位的精度有着较大的意义。图1.1:全球室内定位市场规模图1.2:各种传感器定位精度图1.2国内外研究现状与趋势UWB技术最早是非民用的，主要应用在军事国防中。然而随着该技术的逐渐成熟，UWB技术于2002年2月被美国联邦通信委员会（FederalCommunicationsCommission,FCC）批准在民用通信中使用[8]。自此之后，科研机构和各大公司对UWB技术的关注和研究在不断的升温。本节将就国内外UWB的发展趋势与研究现状做相应的概述。1.2.1国外研究现状与趋势随着UWB技术的开放，国外掀起了研究UWB的热潮，众多学术机构与企业都相继开展了对UWB技术的研究。学术机构方面，国外众多高校的科研实验室都投入对UWB技术的研究，如麻省理工的无线通信和网络科学技术实验室。企业方面，如英国Ubisense、美国Timedomain和-2-
技术表现出优越的性能，并取得了较好的成绩。这表明了近年来，UWB在室内定位中逐步兴起，未来将有望成为室内定位的主力军。目前国外发展的较为成熟的UWB定位系统[11]有如下3种：(1)Localizers定位系统Localizers是美国AETHERWIRE&LOCATION开发的定位系统。该系统需要至少3个以上的参考点通过脉冲的方式与收发机通信，利用接收数据中伪随机码的时延来计算参考点与收发机之间的距离，并利用该距离进行定位[12]。该定位系统具有30m-60m的定位范围，收发机与参考点在LOS环境下的测距精度在5cm左右。(2)Sapphire定位系统图1.3为SapphireUWB室内定位系统，该系统是由MultispectralSolutions公司开发。该系统由未知节点、参考节点、接收器、处理器及上位机组成。处理器采集接收器的校准数据，确定不同接收器之间的时间差，并利用时间差来定位，精度可达30cm[12]。同时，在上位机系统中实时显示定位信息，便于管理人员监控定位对象的实时情况。图1.3:Sapphire定位系统(3)Ubisense定位系统如图1.4所示为Ubisense7000室内定位系统。该定位系统采用的是融合测角度与距离的UWB设备，这种设备采用的是混合AOA与TDOA的定位方式[12]，所以在Ubisense7000室内定位系统中减少了锚节点的个数，使定位系统只要满足有2个锚节点即可实现定位，且该套系统在理论的定位精度可达15cm。手机行业的佼佼者，苹果公司在2019年9月11日的新品发布会上宣布新一代苹果手机将全部搭载UWB芯片，提高手机的定位性能。苹果公司将手机搭载UWB芯片这一举措，可以克服-3-
本文编号：3075475
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球室内定位市场规模
杭州电子科技大学硕士学位论文能满足人们对高精度室内定位的要求[6–8]。在一些复杂环境（如室内、地下环境）中，由于地形复杂和障碍物密集等因素的影响，导致UWB信号传播会在视距（LineofSight,LOS）传播与非视距（NonLineofSight,NLOS）传播两种形式之间随机切换[4,12]。而在NLOS传播方式中，由于信号直射路径的缺失，使得信号的传播时间延长，产生了正偏差，这极大的影响了定位的精度。因此，研究在LOS/NLOS混合环境下的UWB定位问题对于提高室内定位的精度有着较大的意义。图1.1:全球室内定位市场规模图1.2:各种传感器定位精度图1.2国内外研究现状与趋势UWB技术最早是非民用的，主要应用在军事国防中。然而随着该技术的逐渐成熟，UWB技术于2002年2月被美国联邦通信委员会（FederalCommunicationsCommission,FCC）批准在民用通信中使用[8]。自此之后，科研机构和各大公司对UWB技术的关注和研究在不断的升温。本节将就国内外UWB的发展趋势与研究现状做相应的概述。1.2.1国外研究现状与趋势随着UWB技术的开放，国外掀起了研究UWB的热潮，众多学术机构与企业都相继开展了对UWB技术的研究。学术机构方面，国外众多高校的科研实验室都投入对UWB技术的研究，如麻省理工的无线通信和网络科学技术实验室。企业方面，如英国Ubisense、美国Timedomain和-2-
技术表现出优越的性能，并取得了较好的成绩。这表明了近年来，UWB在室内定位中逐步兴起，未来将有望成为室内定位的主力军。目前国外发展的较为成熟的UWB定位系统[11]有如下3种：(1)Localizers定位系统Localizers是美国AETHERWIRE&LOCATION开发的定位系统。该系统需要至少3个以上的参考点通过脉冲的方式与收发机通信，利用接收数据中伪随机码的时延来计算参考点与收发机之间的距离，并利用该距离进行定位[12]。该定位系统具有30m-60m的定位范围，收发机与参考点在LOS环境下的测距精度在5cm左右。(2)Sapphire定位系统图1.3为SapphireUWB室内定位系统，该系统是由MultispectralSolutions公司开发。该系统由未知节点、参考节点、接收器、处理器及上位机组成。处理器采集接收器的校准数据，确定不同接收器之间的时间差，并利用时间差来定位，精度可达30cm[12]。同时，在上位机系统中实时显示定位信息，便于管理人员监控定位对象的实时情况。图1.3:Sapphire定位系统(3)Ubisense定位系统如图1.4所示为Ubisense7000室内定位系统。该定位系统采用的是融合测角度与距离的UWB设备，这种设备采用的是混合AOA与TDOA的定位方式[12]，所以在Ubisense7000室内定位系统中减少了锚节点的个数，使定位系统只要满足有2个锚节点即可实现定位，且该套系统在理论的定位精度可达15cm。手机行业的佼佼者，苹果公司在2019年9月11日的新品发布会上宣布新一代苹果手机将全部搭载UWB芯片，提高手机的定位性能。苹果公司将手机搭载UWB芯片这一举措，可以克服-3-
本文编号：3075475
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3075475.html
