基于UWB的精确定位算法及其数据分析

发布时间：2023-02-12 20:31

　　随着科技的不断进步以及传感器性能的大幅度提高,室内定位技术得到了飞速发展。超宽带(Ultra-Wideband,UWB)定位技术具有精度高、抗干扰能力强以及功耗低等优点,成为了室内定位技术的研究热点。本文从实际应用角度出发,对基于UWB的精确定位算法和室内定位系统进行研究与实现。首先,提出了一种UWB融合气压计(Ultra-Wideband fusion barometer,UWB-Bar)的三维定位算法,该算法通过标签节点的高度以及标签节点到两个基站节点的距离实现定位。通过差分气压法得到标签节点的高度,实验证明测高精度可以达到5cm。通过非对称双边双向测距法(Asymmetric Double Sided Two-Way Ranging,ADS-TWR)获得标签节点到基站节点的测距,实验证明测距误差不超过10cm。在此基础上,通过UWB-Bar定位算法得到标签节点的三维坐标位置,实验证明平均定位误差不超过17厘米。其次,为了拓展定位基站数量以及提高定位的精度和稳定性,使该定位系统更具有实用价值,提出了一种改进的最小二乘定位算法以及一种基于UWB-Bar的质心定位算法。两种定位算法都是...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 UWB国外研究现状
        1.2.2 UWB国内研究现状
        1.2.3 传感器测高国内外研究现状
    1.3 论文主要工作和结构安排
        1.3.1 论文主要工作
        1.3.2 论文结构安排
第2章 超宽带技术介绍
    2.1 超宽带技术定义、特点
        2.1.1 超宽带定义
        2.1.2 超宽带特点
    2.2 常见UWB定位方法
        2.2.1 基于到达时间法
        2.2.2 基于到达时间差法
        2.2.3 基于信号到达角度法
        2.2.4 基于接受信号强度法
    2.3 定位系统性能评价指标
        2.3.1 定位精度评价指标
        2.3.2 部署难易度与系统成本评价指标
    2.4 本章小结
第3章 UWB融合气压计的定位算法研究
    3.1 UWB-Bar定位算法概述
    3.2 气压计测高方法
        3.2.1 室内气压特性
        3.2.2 室内节点气压计特性
        3.2.3 节点气压计偏差校准
        3.2.4 差分气压法测高
        3.2.5 气压计测高实验和数据分析
    3.3 UWB的测距方法
        3.3.1 单向测距
        3.3.2 单边双向测距
        3.3.3 非对称双边双向测距
        3.3.4 测距优化和测距实验
    3.4 UWB-Bar定位算法研究
    3.5 UWB-Bar定位算法实验与数据分析
        3.5.1 静态实验与数据分析
        3.5.2 动态实验与分析
    3.6 本章小结
第4章 UWB融合气压计的多基站定位算法研究
    4.1 引言
    4.2 基于测距的UWB定位算法
        4.2.1 三边定位算法
        4.2.2 改进的最小二乘定位算法
        4.2.3 基于UWB-Bar的质心定位算法
    4.3 目标跟踪算法
        4.3.1 卡尔曼滤波算法
        4.3.2 扩展卡尔曼滤波算法
        4.3.3 卡尔曼滤波改进UWB定位算法
    4.4 定位算法实验与数据分析
        4.4.1 静态实验与数据分析
        4.4.2 动态实验与分析
    4.5 本章小结
第5章 UWB融合气压计定位系统设计
    5.1 定位系统概述
    5.2 UWB-Bar定位系统硬件
        5.2.1 基站和标签
        5.2.2 DWM1000模块
        5.2.3 气压计模块
        5.2.4 串口转Wi-Fi模块
    5.3 UWB-Bar定位系统软件设计
        5.3.1 下位机软件设计
        5.3.2 上位机软件设计
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果



本文编号：3741777