基于UWB室内定位算法的研究与实现

发布时间：2017-12-07 02:27

  本文关键词：基于UWB室内定位算法的研究与实现

  更多相关文章： 室内定位 UWB DWM1000 定位算法 定位精度

【摘要】：进入21世纪,随着社会各行业的蓬勃发展和无线通信技术的显著进步,社会各界对高精度的无线定位需求逐渐增加。室内定位技术属于定位技术的范畴,它与室外定位技术有一些相似性。但是室内环境复杂,定位环境恶劣,且室内空间一般较小,因此室内定位对定位精度和安全性要求较高。室内环境下信号一般比较微弱,且存在着严重的多径效应和反射现象,这就要求相应的室内定位算法对各种误差的鲁棒性要强。近些年,无线通信技术发展迅速。其中,超宽带技术(Ultra Wide Band,UWB)是一种具有很大发展前景的新型无线电通信技术,其已经被认为是未来通信的十大技术之一。超宽带具有极大的带宽,能实现短距离高速率的数据传输。它不仅具有较高的时间分辨率,且具有较强的抗多径衰落能力,在高精度的测距和定位中受到很大的关注。本文以几种室内定位技术的比较作为切入点,对比说明了UWB在室内定位中的优势。以设计便捷实用的室内定位系统和提高定位精度为目的重点完成了如下几个方面的工作:(1)介绍几种常用的室内定位技术,对比它们的优缺点,选用超宽带定位为重点研究对象,对超宽带技术相关的理论知识进行了简述,并对其应用场景进行了介绍;(2)完成UWB定位系统硬件电路的设计,选用STM32为主控芯片,Deca Wave超宽带通信模块DWM1000用来测定端对端的距离,Wi-Fi用来完成和PC设备的通信;(3)对比超宽带通信下几种定位方法的优缺点,选用TDOA(Time difference of Arrival)方式作为设计定位系统的定位方法并进行了深入研究。重点研究了TDOA方式下所建立的非线性方程组对待测目标节点位置估计的几种定位解算法,对几种解算法进行了公式的推导和MATLAB仿真试验;(4)提出一种通过卡尔曼滤波算法改进Chan氏算法的位置估计算法,并使用MATLAB完成了仿真试验。实验条件下,将传统的Chan氏算法的定位精度从?30cm提高到了?15cm。基于DWM1000模块实现了UWB定位系统软件,并在实验环境下对测距误差曲线进行绘制,通过误差曲线的拟合和测距值的实时误差补偿完成对系统实际测量结果的改进;(5)开发了辅助设计的小工具,编写了远程控制显示客户端以及便于实时采集测距数据进行测距值分析和滤波算法分析上位机软件;本文的创新点主要为以下几点:(1)提出一种滑动窗口测距值加权滤波的测距值优化算法,使该系统能在复杂的环境中测距表现更加稳定。(2)尽可能少布置基站的情况下,提出一种Chan氏算法结合卡尔曼滤波的算法对目标节点位置进行双重估计,实现了定位精度的提升。在实验室测试环境下,定位系统的定位精度在二维平面内能够达到?15cm,实验结果表明本论文所设计的定位系统达到了实用的目的。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN925

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1 本报记者 马静t，

本文编号：1260852