基于超宽带技术的室内定位系统设计与实现
发布时间：2021-10-09 13:04
随着科技的发展,人们对室内定位技术的需求日渐增加,各大基于室内的无线定位跟踪技术应运而生,其中超宽带技术因其穿透力强、精度高、安全性强等优点,成为目前室内定位研究的重点。本课题的目的是通过滤波方法对超宽带定位系统的测距结果进行误差补偿及定位解算,从而增加定位精度。本文首先对多种定位方法进行较详细的分析与比较,并选择基于双边双向测距的定位方法作为课题的定位方法。接着在Matlab平台上对粒子滤波、扩展卡尔曼滤波及容积卡尔曼滤波三种非线性滤波算法进行仿真比较,对超宽带系统进行定点测距采样并对不同基站与标签间的测距误差进行补偿。之后搭建三基站一标签的超宽带平面定位网络,通过无线WiFi模块将基站与上位机PC端连入同一路由器进行通讯,在定位时将从三个基站收集到的距离信息依次发送给上位机,上位机将三组测距信息通过集中式观测融合组合为一组信息并通过滤波算法在Matlab平台上进行数据处理及实时的定位解算,进而计算出较精确的标签位置信息。在经过定点定位环境、移动定位环境及目标跟踪环境下的多次实际测验来获得课题结论。
【文章来源】：黑龙江大学黑龙江省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＲＳＳＩ定位原理图??Ｆｉｇ．２．１?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＲＳＳＩ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ??
第２章超宽带ＯＪＷＢ）技术的介绍??境中不同距离下ＲＳＳＩ的均值，统计为如下图２．２。??８０｜?１?１???ｒ：?ａ／＾??１６〇－?／?－??５５－?／?－??５０－?／?？??４５－?／?－??４０＇?Ｌ?＇?＇???°?５?距离／ｃｍ?１〇?１５??图２．２?ＲＳＳＩ与距离关系图??Ｆｉｇ．２．２?ＲＳＳＩ?ａｎｄ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ??由图２．２可以直观的看出在短距离下Ｕ５ｍ以内）ＲＳＳＩ值并不完全随着距离??的增大而减小。这将在一定程度上影响到ＲＳＳ丨定位系统的定位精度。??ＲＳＳＩ定位方法的测距原理只与接收的信号强度有关，不需要进行时间校准等??操作，而且采用的模块硬件结构相对简单价格便宜，令ＲＳＳＩ定位法的研宄备受关??注。但因其在室内环境下受到环境影响严重，测量误差通常杂乱无章不满足高斯??分布，加上复杂的信号反射、折射等影响，实际中的定位效果并不理想，定位精??度只能达到米级购。??２．１．２?ＡＯＡ定位法??ＡＯＡ定位方法是根据两个或以上接收节点与发送节点间的角度信息来获得待??测的发送节点的位置。在接收信号的方位角度已知的情况下，对接收节点的非平??行方向做射线得到的交点即为发送节点的位置。其定位原理图如图２．３所示。??－９－??
?（２－７）??义??ＴＯＡ定位方法原理图如下图２．４所示。??／＾＼??／?（气，凡）?＼?待測节点??（??＼?固定节点１?ｙ＼?（＾ｙ，）?／??图２．４?ＴＯＡ定位原理图??Ｆｉｇ．２．４?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＯＡ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ??与ＲＳＳＩ定位方法类似，ＴＯＡ定位方法也是一种基于测距的定位方法，理论上??算法简单、精度较高，但由于该方法非常依赖信号传递时间的准确性，因此带来??了节点间时钟同步的难题【３２】。在实际定位使用时，为保证较高的定位精度，往往??要对发送节点与接收节点间进行多次通讯，增加时钟同步次数，使得硬件功耗成??倍增加。??２．１．４?ＴＤＯＡ定位法??ＴＤＯＡ与ＴＯＡ算法类似，都是通过发送节点与接收节点之间的时间信息来获??取位置信息。ＴＤＯＡ定位方法是采用接收信号的时间差与电磁波传播速度相乘来??获得距离差
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RSSI测距技术的研究[J]. 蒙广旭. 数字通信世界. 2018(05)
[2]全球卫星导航看中国“北斗”[J]. 袁于飞. 科技传播. 2018(08)
[3]宽带无线数字通信关键技术[J]. 赵立峥. 计算机产品与流通. 2017(12)
[4]基于超宽带技术的室内定位系统设计[J]. 陈伟森,裴海龙,夏睿灿. 计算机测量与控制. 2017(11)
[5]基于UWB的地下停车场车辆定位系统设计与实现[J]. 曹祥红,张华. 现代电子技术. 2017(09)
[6]《中国北斗卫星导航系统》白皮书正式发布[J]. 杨健,陈飚. 卫星应用. 2016(06)
[7]一种改进的TDOA无线传感器网络节点定位算法[J]. 张会新,陈德沅,彭晴晴,史磊. 传感技术学报. 2015(03)
[8]Maneuvering target tracking algorithm based on cubature Kalman filter with observation iterated update[J]. 胡振涛,Fu Chunling,Cao Zhiwei,Li Congcong. High Technology Letters. 2015(01)
[9]基于UWB的无线定位技术[J]. 李艳芳,杨拉明. 电子设计工程. 2014(08)
[10]基于AOA降维和同心圆定位的三维传感器网络节点自定位方法[J]. 蒋鹏,覃添,陈岁生. 传感技术学报. 2012(07)
博士论文
[1]多传感器广义线性系统最优和自校正加权观测融合估计方法研究[D]. 王欣.哈尔滨工程大学 2011
[2]超宽带无线通信与定位关键技术研究[D]. 熊海良.西安电子科技大学 2011
[3]自校正观测融合Kalman估值器及其在典型跟踪系统中的应用[D]. 郝钢.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]粒子滤波算法的研究及其在目标跟踪中的应用[D]. 刘红红.太原理工大学 2018
[2]基于DWM1000的UWB室内定位系统设计[D]. 张亚森.哈尔滨工程大学 2018
[3]基于UWB室内定位算法的研究与实现[D]. 仲江涛.深圳大学 2017
[4]基于位置指纹的室内无线定位技术研究[D]. 王金龙.兰州交通大学 2016
[5]CKF算法在目标跟踪中的应用研究[D]. 吕云龙.哈尔滨工程大学 2016
[6]UWB定位系统中信号同步问题的研究[D]. 安宝强.中国海洋大学 2014
[7]基于UWB的室内定位算法研究与应用[D]. 朱永龙.山东大学 2014
[8]粒子滤波算法研究及其在无线定位跟踪中的应用[D]. 肖婷婷.电子科技大学 2014
[9]基于ZigBee原理的奶牛定位系统[D]. 郭庆.山东大学 2014
[10]无线局域网室内定位技术研究[D]. 谢代军.解放军信息工程大学 2013
本文编号：3426437
【文章来源】：黑龙江大学黑龙江省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＲＳＳＩ定位原理图??Ｆｉｇ．２．１?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＲＳＳＩ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ??
第２章超宽带ＯＪＷＢ）技术的介绍??境中不同距离下ＲＳＳＩ的均值，统计为如下图２．２。??８０｜?１?１???ｒ：?ａ／＾??１６〇－?／?－??５５－?／?－??５０－?／?？??４５－?／?－??４０＇?Ｌ?＇?＇???°?５?距离／ｃｍ?１〇?１５??图２．２?ＲＳＳＩ与距离关系图??Ｆｉｇ．２．２?ＲＳＳＩ?ａｎｄ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ??由图２．２可以直观的看出在短距离下Ｕ５ｍ以内）ＲＳＳＩ值并不完全随着距离??的增大而减小。这将在一定程度上影响到ＲＳＳ丨定位系统的定位精度。??ＲＳＳＩ定位方法的测距原理只与接收的信号强度有关，不需要进行时间校准等??操作，而且采用的模块硬件结构相对简单价格便宜，令ＲＳＳＩ定位法的研宄备受关??注。但因其在室内环境下受到环境影响严重，测量误差通常杂乱无章不满足高斯??分布，加上复杂的信号反射、折射等影响，实际中的定位效果并不理想，定位精??度只能达到米级购。??２．１．２?ＡＯＡ定位法??ＡＯＡ定位方法是根据两个或以上接收节点与发送节点间的角度信息来获得待??测的发送节点的位置。在接收信号的方位角度已知的情况下，对接收节点的非平??行方向做射线得到的交点即为发送节点的位置。其定位原理图如图２．３所示。??－９－??
?（２－７）??义??ＴＯＡ定位方法原理图如下图２．４所示。??／＾＼??／?（气，凡）?＼?待測节点??（??＼?固定节点１?ｙ＼?（＾ｙ，）?／??图２．４?ＴＯＡ定位原理图??Ｆｉｇ．２．４?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＯＡ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ??与ＲＳＳＩ定位方法类似，ＴＯＡ定位方法也是一种基于测距的定位方法，理论上??算法简单、精度较高，但由于该方法非常依赖信号传递时间的准确性，因此带来??了节点间时钟同步的难题【３２】。在实际定位使用时，为保证较高的定位精度，往往??要对发送节点与接收节点间进行多次通讯，增加时钟同步次数，使得硬件功耗成??倍增加。??２．１．４?ＴＤＯＡ定位法??ＴＤＯＡ与ＴＯＡ算法类似，都是通过发送节点与接收节点之间的时间信息来获??取位置信息。ＴＤＯＡ定位方法是采用接收信号的时间差与电磁波传播速度相乘来??获得距离差
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RSSI测距技术的研究[J]. 蒙广旭. 数字通信世界. 2018(05)
[2]全球卫星导航看中国“北斗”[J]. 袁于飞. 科技传播. 2018(08)
[3]宽带无线数字通信关键技术[J]. 赵立峥. 计算机产品与流通. 2017(12)
[4]基于超宽带技术的室内定位系统设计[J]. 陈伟森,裴海龙,夏睿灿. 计算机测量与控制. 2017(11)
[5]基于UWB的地下停车场车辆定位系统设计与实现[J]. 曹祥红,张华. 现代电子技术. 2017(09)
[6]《中国北斗卫星导航系统》白皮书正式发布[J]. 杨健,陈飚. 卫星应用. 2016(06)
[7]一种改进的TDOA无线传感器网络节点定位算法[J]. 张会新,陈德沅,彭晴晴,史磊. 传感技术学报. 2015(03)
[8]Maneuvering target tracking algorithm based on cubature Kalman filter with observation iterated update[J]. 胡振涛,Fu Chunling,Cao Zhiwei,Li Congcong. High Technology Letters. 2015(01)
[9]基于UWB的无线定位技术[J]. 李艳芳,杨拉明. 电子设计工程. 2014(08)
[10]基于AOA降维和同心圆定位的三维传感器网络节点自定位方法[J]. 蒋鹏,覃添,陈岁生. 传感技术学报. 2012(07)
博士论文
[1]多传感器广义线性系统最优和自校正加权观测融合估计方法研究[D]. 王欣.哈尔滨工程大学 2011
[2]超宽带无线通信与定位关键技术研究[D]. 熊海良.西安电子科技大学 2011
[3]自校正观测融合Kalman估值器及其在典型跟踪系统中的应用[D]. 郝钢.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]粒子滤波算法的研究及其在目标跟踪中的应用[D]. 刘红红.太原理工大学 2018
[2]基于DWM1000的UWB室内定位系统设计[D]. 张亚森.哈尔滨工程大学 2018
[3]基于UWB室内定位算法的研究与实现[D]. 仲江涛.深圳大学 2017
[4]基于位置指纹的室内无线定位技术研究[D]. 王金龙.兰州交通大学 2016
[5]CKF算法在目标跟踪中的应用研究[D]. 吕云龙.哈尔滨工程大学 2016
[6]UWB定位系统中信号同步问题的研究[D]. 安宝强.中国海洋大学 2014
[7]基于UWB的室内定位算法研究与应用[D]. 朱永龙.山东大学 2014
[8]粒子滤波算法研究及其在无线定位跟踪中的应用[D]. 肖婷婷.电子科技大学 2014
[9]基于ZigBee原理的奶牛定位系统[D]. 郭庆.山东大学 2014
[10]无线局域网室内定位技术研究[D]. 谢代军.解放军信息工程大学 2013
本文编号：3426437
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3426437.html
