基于时间的超宽带室内定位算法研究
发布时间：2022-02-08 20:14
随着社会的现代化脚步在不断地加快,人类对时空信息有了更多的需求。针对室内定位难以实现高精度定位的问题,本文基于UWB定位系统在时钟同步、误差标定、协同定位和深度学习定位四个方面进行了研究,主要完成了以下工作:在基于时间的室内定位系统中,时钟同步是实现高精度定位的基础。本文提出了一种基于同步包的基站时钟同步方式,利用主基站周期性地向从基站发送同步包来实现基站间的时钟同步。在视距的情况下,采用同步包同步基站时钟后,基站时钟间的最大误差约为0.75ns,平均误差为0.21ns,理论上可实现10厘米以内的定位精度。针对基于UWB室内定位系统存在的环境误差,如钟差残余项、多径误差和硬件误差等,本文提出了一种基于标定法的误差处理方案,利用已知位置的节点来测定误差量,并将其存储在后台服务器中,可在实际定位中补偿TDOA测量值。实验结果表明,将误差标定结果应用在已有的基于Chan和Taylor的协同定位算法（C-T算法）中能够使定位系统的平均定位误差从14.5cm降低到8.3cm,定位性能得到了较大提升。为了提高UWB定位算法的精度,本文提出了一种基于误差标定的加权最小二乘（WLS）与Taylor协同...
【文章来源】：华东师范大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验环境
华东师范大学硕士学位论文36图3-7实验环境3.4.2实验结果本文的时钟同步实验长达一个小时。在实验数据的中间部分，选择连续的10000组数据，如图3-8所示。可知：在系统自带的时钟同步功能的基础上，基站的时钟偏差最大为1.4ns左右。实验说明：在进行实验的一个小时过程中，标签与基站一直处于视距情况。图3-8系统自带时钟同步的实验结果本文选用了同步包同步方式：在参与定位的基站中选取一个基站作为主基站，相应地其他基站则为从基站。主基站与从基站中唯一不同之处在于：主基站周期性地发送同步包（包括同步包的发送时间戳）到各基站（包括主基站）。各个基站接收同步包后，保存在本地，并记录接收该同步包的时间。主基站的同步包发
华东师范大学硕士学位论文37送频率设置为32Hz。整个时钟实验的长度为一个小时，实验数据实时写入表格，如图3-9所示。图3-9部分实验数据在上图中，A列表示采集时间。当B列等于TAG时，C列表示标签号，D列表示标签发送的定位信号的编号，E列表示基站编号，F列表示基站接收标签信号的时间戳。当B列等于SYNC时，C列表示同步包编号，D列表示基站编号，E列表示主基站编号，F列表示同步包的发送时间戳，G列表示基站接收到同步包时的本地时间戳。利用公式（3-6），将基站以本地时钟为基准记录的标签信号的TOA值，转换成以主基站时钟为基准的TOA值。其中主基站所测定的标签信号的TOA值转换后是不变的。然后从基站转换后的TOA值减去主基站的TOA值可以得到时钟同步后的TDOA值，并将其和真实TDOA值相比较，从而计算出时钟误差。但是该时钟误差中引入了部分环境误差。真实TDOA值的获取办法：首先通过基站的实际坐标与标签的实际坐标可以计算标签到达各个基站的实际距离，然后将基站到标签的距离与主基站到标签的距离相减，得到标签距离从基站与主基站的差值，然后除以光速，可得到真实TDOA值。因为是同一系统，所以基站的硬件构造基本相同。在这里仅列出了一个从基站和主基站的时钟偏差（绝对值）。本实验选取时间连续的10000组数据，其结果如图3-10。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于UWB的消防员火场定位系统研究[J]. 李佳琦,李森. 无线互联科技. 2018(18)
[2]无载波通讯技术（UWB）运用于分析足球运动员跑动特征[J]. 汪雄,陈玉林,张恒亮,王垒,黄国虎,刘鸿优. 电子世界. 2018(15)
[3]无线时间同步的TDOA室内定位系统[J]. 石钦,赵思浩,崔晓伟,陆明泉. 导航定位与授时. 2018(03)
[4]基于Fang算法的TDOA室内定位技术[J]. 陈思翰. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(05)
[5]单基站UWB定位距离的获得及处理方法[J]. 安宝强,张浩,崔学荣. 现代电子技术. 2014(07)
[6]基于单基站天线阵列的超宽带定位AOA估计方法[J]. 张浩,刘兴,Gulliver T A,崔学荣. 电子与信息学报. 2013(08)
[7]基于TOA和DOA联合估计的UWB定位方法[J]. 丁锐,钱志鸿,王雪. 电子与信息学报. 2010(02)
[8]室内环境内的改进型Taylor级数定位算法[J]. 郭明涛,李文元,龚福春,林旺. 无线通信技术. 2009(01)
[9]适用于NLOS环境的UWB定位方案研究[J]. 肖竹,于全,易克初,王勇超. 通信学报. 2008(04)
[10]晶振信号同步GPS信号产生高精度时钟的方法及实现[J]. 曾祥君,尹项根,林干,周延龄. 电力系统自动化. 2003(08)
硕士论文
[1]TC-OFDM高精度无线时间同步技术研究[D]. 杨寅.北京邮电大学 2019
[2]基于UWB室内定位算法的研究与实现[D]. 仲江涛.深圳大学 2017
[3]基于卫星授时的高精度时间同步方法研究[D]. 陈伟.西安工业大学 2017
[4]基于超宽带的无线室内定位算法研究[D]. 杜青林.西安电子科技大学 2014
[5]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
[6]基于UWB的室内定位算法研究与应用[D]. 朱永龙.山东大学 2014
[7]基于FPGA的绝对时间同步系统的设计研究[D]. 王鹏.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3615678
【文章来源】：华东师范大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验环境
华东师范大学硕士学位论文36图3-7实验环境3.4.2实验结果本文的时钟同步实验长达一个小时。在实验数据的中间部分，选择连续的10000组数据，如图3-8所示。可知：在系统自带的时钟同步功能的基础上，基站的时钟偏差最大为1.4ns左右。实验说明：在进行实验的一个小时过程中，标签与基站一直处于视距情况。图3-8系统自带时钟同步的实验结果本文选用了同步包同步方式：在参与定位的基站中选取一个基站作为主基站，相应地其他基站则为从基站。主基站与从基站中唯一不同之处在于：主基站周期性地发送同步包（包括同步包的发送时间戳）到各基站（包括主基站）。各个基站接收同步包后，保存在本地，并记录接收该同步包的时间。主基站的同步包发
华东师范大学硕士学位论文37送频率设置为32Hz。整个时钟实验的长度为一个小时，实验数据实时写入表格，如图3-9所示。图3-9部分实验数据在上图中，A列表示采集时间。当B列等于TAG时，C列表示标签号，D列表示标签发送的定位信号的编号，E列表示基站编号，F列表示基站接收标签信号的时间戳。当B列等于SYNC时，C列表示同步包编号，D列表示基站编号，E列表示主基站编号，F列表示同步包的发送时间戳，G列表示基站接收到同步包时的本地时间戳。利用公式（3-6），将基站以本地时钟为基准记录的标签信号的TOA值，转换成以主基站时钟为基准的TOA值。其中主基站所测定的标签信号的TOA值转换后是不变的。然后从基站转换后的TOA值减去主基站的TOA值可以得到时钟同步后的TDOA值，并将其和真实TDOA值相比较，从而计算出时钟误差。但是该时钟误差中引入了部分环境误差。真实TDOA值的获取办法：首先通过基站的实际坐标与标签的实际坐标可以计算标签到达各个基站的实际距离，然后将基站到标签的距离与主基站到标签的距离相减，得到标签距离从基站与主基站的差值，然后除以光速，可得到真实TDOA值。因为是同一系统，所以基站的硬件构造基本相同。在这里仅列出了一个从基站和主基站的时钟偏差（绝对值）。本实验选取时间连续的10000组数据，其结果如图3-10。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于UWB的消防员火场定位系统研究[J]. 李佳琦,李森. 无线互联科技. 2018(18)
[2]无载波通讯技术（UWB）运用于分析足球运动员跑动特征[J]. 汪雄,陈玉林,张恒亮,王垒,黄国虎,刘鸿优. 电子世界. 2018(15)
[3]无线时间同步的TDOA室内定位系统[J]. 石钦,赵思浩,崔晓伟,陆明泉. 导航定位与授时. 2018(03)
[4]基于Fang算法的TDOA室内定位技术[J]. 陈思翰. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(05)
[5]单基站UWB定位距离的获得及处理方法[J]. 安宝强,张浩,崔学荣. 现代电子技术. 2014(07)
[6]基于单基站天线阵列的超宽带定位AOA估计方法[J]. 张浩,刘兴,Gulliver T A,崔学荣. 电子与信息学报. 2013(08)
[7]基于TOA和DOA联合估计的UWB定位方法[J]. 丁锐,钱志鸿,王雪. 电子与信息学报. 2010(02)
[8]室内环境内的改进型Taylor级数定位算法[J]. 郭明涛,李文元,龚福春,林旺. 无线通信技术. 2009(01)
[9]适用于NLOS环境的UWB定位方案研究[J]. 肖竹,于全,易克初,王勇超. 通信学报. 2008(04)
[10]晶振信号同步GPS信号产生高精度时钟的方法及实现[J]. 曾祥君,尹项根,林干,周延龄. 电力系统自动化. 2003(08)
硕士论文
[1]TC-OFDM高精度无线时间同步技术研究[D]. 杨寅.北京邮电大学 2019
[2]基于UWB室内定位算法的研究与实现[D]. 仲江涛.深圳大学 2017
[3]基于卫星授时的高精度时间同步方法研究[D]. 陈伟.西安工业大学 2017
[4]基于超宽带的无线室内定位算法研究[D]. 杜青林.西安电子科技大学 2014
[5]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
[6]基于UWB的室内定位算法研究与应用[D]. 朱永龙.山东大学 2014
[7]基于FPGA的绝对时间同步系统的设计研究[D]. 王鹏.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3615678
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