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《中国海洋大学》 2012年
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基于UWB信号的多基站与单基站定位算法的研究与性能分析

屠晓东  
【摘要】:在基于超宽频带(Ultra Wideband Radio,简称UWB)无线定位环境中,由于多径、非视距传播、干扰和信道频率特性等多种不利因素的综合影响,导致TDOA、TOA、AOA等特征测量值不可避免地出现较大误差,使各种定位算法的性能显著下降,从而造成位置估计出现较大偏差。为此,本文针对提高定位精度这一核心问题,以多基站定位算法为基础、单基站定位算法为发展,从多基站的TDOA定位算法分析、抗NLOS高精度定位技术、混合定位算法和基于天线阵列的单基站算法四个方面对UWB无线定位技术进行了深入的研究。 首先,简述了脉冲超宽带的定义、特点和优势,并介绍了到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA)等无线定位方法的基本原理,准确率评价指标,影响定位精度的原因等。 其次,本文提出一个基于三维Chan算法的UWB信号定位模型。IEEE802.15.4a信道下的UWB模型加入了小尺度衰落模型并延长了距离,使研究超宽带定位技术有了切实的意义,分析了该UWB定位算法在4a信道中2-10GHZ室内办公环境模型下的定位性能,并利用移动平均(moving average,简称MA)算法对由Chan算法得到的TOA值进行滤波,可进一步提高定位精度。 然后,本文提出了误差最小化定位和有偏卡尔曼滤波定位两种定位算法来减小非视距(NLOS)传播误差对无线定位精度的影响。介绍了误差最小化定位方法的基本原理,并给出TDOA范围测量在符合高斯分布下的克拉美罗下限(CRLB)理论值。在相同参考节点数量和传播环境下,对误差最小化定位算法进行MATLAB仿真,分析结果表明,在视距(LOS)和非视距(NLOS)情况下,误差最小算法跟Chan算法相比定位精度都有了明显地提高。本文中建立了有偏的卡尔曼滤波定位模型,在非视距的传播下进行定位估计。仿真表明,经过有偏卡尔曼滤波后,定位精度有了明显的提高。 接着,本文分析了单一定位技术的局限性。基于卡尔曼滤波(KalmanFilter,KF)具有良好的跟踪性能和AOA算法的特点,本文提出了一种TDOA/AOA混合定位算法,并给出了定位算法性能的运动轨迹和理论界。通过对该算法的性能仿真,表明只要服务基站AOA测量值达到一定精度,采用混合定位算法可以取得更好的性能。本文还在实验室中建立三维定位系统,对混合定位算法进行验证,实验结果表明,该系统定位精度可达到厘米级,最好情况下精度达到2cm。 最后,本文采用了一种基于天线阵列的单基站高精度UWB定位系统,使用测量参考基站天线阵列接收到的脉冲信号幅度代替以往的微小时间差测量,结合各天线的波束方向图来精确计算信号的到达角度,从而获得定位标签的精确位置。实验中对超宽带脉冲发生器进行改进,解决了输出波形严重拖尾问题。最后建立函数消除信号幅度衰减的因素对定位精度的影响,使TOA定位精度可达到2cm,AOA精度达到1。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN929.5

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 余明朗;面向景区智能导游的室内外一体化定位及位置服务方法研究[D];南京师范大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 盛涛;基于IR-UWB的TOA估计算法研究[D];中国海洋大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 邓平,李莉,范平志;一种TDOA/AOA混合定位算法及其性能分析[J];电波科学学报;2002年06期
2 章坚武;唐兵;秦峰;;Chan定位算法在三维空间定位中的应用[J];计算机仿真;2009年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 邓平;蜂窝网络移动台定位技术研究[D];西南交通大学;2002年
2 王石记;脉冲超宽带信号能量收集及捕获研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方亮,夏英,葛君伟;移动网络的混合定位技术及其实现[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2005年01期
2 包杰;张东旭;;一种简单高效的前沿检测时间估计算法及其应用[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年01期
3 肖修鹏;杨济安;田增山;初广前;;CDMA蜂窝网无线定位技术测试与研究[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年02期
4 罗跃峰;夏英;葛君伟;裴海英;;LBS中理想的移动台位置更新策略[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年02期
5 邹洁;田增山;张河勇;;基于多手持中继的CDMA终端联合定位跟踪系统[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年06期
6 徐海燕;田增山;沈建国;周永胜;刘扬;;基于CDMA2000移动目标的探测方法研究[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2008年01期
7 孙冬梅;田增山;罗磊;韩令军;;基站非水平面性对定位误差的影响[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2008年01期
8 田增山;罗磊;;基于TD-SCDMA和CDMA20001X的数据融合定位算法[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2008年06期
9 李校林;陈晓维;高飞;;一种基于TOA的三维推广无线定位算法[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2008年06期
10 田安红;付承彪;赵珊;;一种改进的GPS测码伪距单点定位算法[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李庆杰;;流媒体文件压缩方法的评价[A];华北地区高校图协第二十四届学术年会论文(文章)汇编[C];2010年
2 董雯霞;邓平;;CDMA无线定位算法及性能分析[A];四川省通信学会2006年学术年会论文集(二)[C];2006年
3 陈红;;超宽带无线电技术的应用及发展[A];2009年中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2009年
4 胡磊;钟子发;宋常建;;基于TSOA/TDOA的WCDMA目标单站定位算法研究[A];中国通信学会第六届学术年会论文集(上)[C];2009年
5 蔡艳军;;UWB技术的在战术通信网中的应用[A];中国通信学会第六届学术年会论文集(下)[C];2009年
6 高山山;肖绍球;王秉中;;超宽带微带带通滤波器的研究[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2009年
7 朱轶;王明珠;王刚;;DS-UWB通信系统间干扰研究[A];全国电磁兼容学术会议论文集[C];2006年
8 邹进;荣耀;李世畅;;基于CDMA网络GPSONE定位关键技术提升研究及应用[A];第十届中国科协年会信息化与社会发展学术讨论会分会场论文集[C];2008年
9 周来金;;冲激无线电超宽带发射机参数对接收机性能影响的研究[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2009年年会论文集(下册)[C];2009年
10 田田;张洪顺;张学平;;基于STFT的TH-PPM超宽带信号时频分析模型[A];2009年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 乔梁;信源定位的可观测性及跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 杨天池;单站定位的散射信息几何构造法[D];解放军信息工程大学;2009年
3 宋保业;面向服务任务的智能空间支持技术研究与实现[D];山东大学;2011年
4 任志远;脉冲超宽带通信系统同步与信道估计研究[D];北京邮电大学;2011年
5 石磊;压缩感知在超宽带信道估计中的应用研究[D];北京邮电大学;2011年
6 孙思扬;基于改进遗传算法的小型化宽带微带天线设计[D];北京邮电大学;2011年
7 熊海良;超宽带无线通信与定位关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 王旭;TDMA系统目标多站定位理论与算法研究[D];电子科技大学;2011年
9 王澄;直接序列超宽带系统中的窄带干扰抑制问题研究[D];上海交通大学;2011年
10 范丹丹;单站定位的伪目标动态可行域约束法[D];解放军信息工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李超;基于手机浮动车的高速公路交通流监控系统研究与设计[D];山东科技大学;2010年
2 弋俊超;采样模型定位估计方法及定位系统研究[D];郑州大学;2010年
3 吕学龙;基于IR-UWB的室内无线通信定位技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 叶长明;UWB-PCSS调制方式研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 陈侃;认知超宽带的波形设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 覃银环;IR-UWB系统的同步捕获算法[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 孙振;基于预测的室内WLAN定位系统研究与实现[D];大连理工大学;2010年
8 郑开元;基于室内定位的打印服务系统的设计与实现[D];大连理工大学;2010年
9 郑雷;小型Wi-Fi定位系统的设计与实现[D];苏州大学;2010年
10 艾中进;RFID时延估计算法的研究[D];南昌大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王涛春;齐学梅;赵诚;;Dijkstra优化算法及其在电子导游中的应用[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2010年06期
2 周非;陈庭盈;范馨月;;基于AOA-TOA重构的单站定位算法[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2012年02期
3 冯哲;孙吉贵;张长胜;王岩;;汉语语音合成的研究进展[J];吉林大学学报(信息科学版);2007年02期
4 邬春明;耿强;刘杰;范睿;;DGPS与UWB混合精确无缝定位技术研究[J];传感器与微系统;2012年03期
5 郑文武;邓运员;;基于GML和SVG的电子导游系统的设计与实现[J];测绘科学;2009年05期
6 王美珍;刘学军;吴勇;甄艳;;基于可定位视频的电子导游系统[J];测绘通报;2011年02期
7 闫浩文,郭仁忠;空间方向关系基础性问题研究[J];测绘学报;2002年04期
8 邓平,李莉,范平志;一种TDOA/AOA混合定位算法及其性能分析[J];电波科学学报;2002年06期
9 屈维,陶世胜;旅游业网上电子地图导游系统框架构想[J];地图;2000年02期
10 余建伟;李清泉;;位置感知计算中定位信息的自然语言描述[J];地理与地理信息科学;2009年01期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 陈伟;基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 蒙静;基于IR-UWB无线室内定位的机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 李昌贵;基于网格的网络导航服务关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
4 杜长海;计算智能及其在城市交通诱导系统中的应用研究[D];重庆大学;2009年
5 吴绍华;IR-UWB无线传感器网络中节点定位的关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 田世君;高灵敏度GPS定位及组合导航技术研究[D];电子科技大学;2009年
7 康晓非;超宽带系统中接收技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴小平,庞沁华;无线蜂窝网中移动台场强法定位算法[J];北京邮电大学学报;1998年03期
2 邓平,范平志;WCDMA网络移动台定位技术分析与探讨[J];电讯技术;2002年02期
3 邓平,李莉,范平志;一种TDOA/AOA混合定位算法及其性能分析[J];电波科学学报;2002年06期
4 邓平,刘林,范平志;一种改进的TOA/AOA混合定位算法[J];电路与系统学报;2003年04期
5 谢亚琴;张业荣;;基于信号到达时间的UWB定位算法[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2007年03期
6 王昕,王宗欣,刘石;一种考虑非视线传播影响的TOA定位算法[J];通信学报;2001年03期
7 邓平,刘林,范平志;移动台定位估计数据融合增强模型及其仿真研究[J];通信学报;2003年11期
8 王永诚,张令坤;多站时差定位技术研究[J];现代雷达;2003年02期
9 邓平,范平志;一种基于移动台位置的动态定位算法[J];西南交通大学学报;2001年02期
10 李莉,邓平,刘林;Taylor级数展开法定位及其性能分析[J];西南交通大学学报;2002年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李凡;基于超宽带(UWB)技术的测距方法研究[D];华中师范大学;2007年
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1 宋铁成;采用多基站同播方式的无线寻呼系统[J];无线通信技术;1997年01期
2 杨伟强,程兵;MOTOROLA单区多基站集群移动通信系统[J];移动通信;1995年01期
3 ;友利电ESAS多基站调度[J];通讯产品世界;1997年07期
4 高德民;钱焕延;严筱永;王晓楠;;无线传感器网络k-Anycast通信模型研究[J];计算机科学;2011年08期
5 王德育,崔涛;从单基站扩展到多基站联网系统[J];警察技术;2003年05期
6 孙鹏飞 ,谭学治 ,王彬;集群系统单区多基站的实现方案[J];中国无线电管理;2003年10期
7 云日升;朱迪;康雪艳;;多基站ISAR平面转台目标成像模型与仿真研究[J];系统仿真学报;2011年09期
8 云日升;;多基站ISAR三维转动转台目标成像研究[J];电子与信息学报;2010年07期
9 唐伟;郭伟;;多基站数据聚合无线传感器网络中的最大生命期地理位置路由[J];通信学报;2010年10期
10 云日升;;多基站ISAR成像模型与运动参数估计[J];系统工程与电子技术;2011年01期
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1 李忱;许旭;;多基站双线偏振天气雷达在航空气象中的应用[A];第26届中国气象学会年会航空与航天气象技术交流会分会场论文集[C];2009年
2 朱明建;张伟;;GNSS连续运行参考站系统的原理及应用[A];创新发展——河南省第五届学术年会论文选集[C];2009年
3 赵秀英;刘艺琴;;网络RTK技术概论[A];吉林省测绘学会2008年学术年会论文集(下)[C];2008年
4 李成钢;黄丁发;;基于多基站网络的电离层误差建模比较研究[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
5 王亚茜;柏庆;束锋;盛卫星;王建新;;多基站多用户MIMO系统下行链路最大化信泄噪比预编码器的基于信干噪比功率的分配方案[A];2011全国无线及移动通信学术大会论文集[C];2011年
6 何增艳;王雨;张楠;;TD-SCDMA系统基于AOA的定位[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年
7 王健;汤进凯;;基于TD—SCDMA UTRAN网的城域传送光网络系统设计[A];2007年中国通信学会“移动增值业务与应用”学术年会论文集[C];2007年
8 李忱;张越;陈赢;;气象雷达组网和网络气象雷达的发展[A];第26届中国气象学会年会第三届气象综合探测技术研讨会分会场论文集[C];2009年
9 顾学迈;徐玉滨;;集群移动通信系统的发展与应用[A];第十八届中国(天津)’2004IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2004年
10 莫世禹;;舰船内应急微型移动通信技术[A];2008年中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2008年
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1 陈晓杰;河北移动七千多基站通过环保部门验收[N];人民邮电;2005年
2 见习记者 胡茜;卫星定位服务覆盖市域七成范围[N];三峡日报;2009年
3 王丽霞;为了700多个乡村的信息畅享[N];人民邮电;2007年
4 记者  连晓东;日本发展PHS三大法宝[N];中国电子报;2006年
5 周晓娟;解决三大问题 确保TD顺利起步[N];通信产业报;2007年
6 付建军;新兴无线宽带技术WiMAX将在未来显“身手”[N];科技日报;2007年
7 本报记者 刘春辉;TD国际化能否做得更好[N];人民邮电;2010年
8 泰乐通信中国区总裁 黄陈宏;电信级以太网的新机会[N];网络世界;2010年
9 王娅莉;它在灾区上空传递希望[N];中国质量报;2007年
10 彭超;生命禁区献青春[N];人民邮电;2006年
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1 韩东升;MIMO有限反馈及多基站协作系统相关技术研究[D];北京交通大学;2012年
2 唐名威;IMT-Advanced系统中的协作资源分配策略研究[D];北京邮电大学;2012年
3 王骥;协同通信中的MIMO技术研究[D];北京邮电大学;2013年
4 赵巍;无线通信系统中的跨层优化技术研究[D];浙江大学;2011年
5 吕星哉;多基站协同通信系统的结构和无线资源管理[D];中国科学技术大学;2009年
6 程晓畅;类GPS超声定位系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
7 高德民;无线传感器网络覆盖控制及路由若干技术研究[D];南京理工大学;2012年
8 殷海涛;基于参考站网络的区域对流层4D建模理论、方法及应用研究[D];西南交通大学;2006年
9 杨裔;图论在计算机和无线传感器网络中的应用[D];兰州大学;2009年
10 陈力;B3G/4G系统中的无线资源分配的研究[D];北京邮电大学;2012年
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1 李霖;多基站协作的有限信息交互方法研究[D];电子科技大学;2012年
2 张昊;高铁车地通信系统级仿真平台设计与多基站协作技术的研究[D];西南交通大学;2013年
3 李文龙;TD-SCDMA多基站定位技术研究[D];西安电子科技大学;2014年
4 李长江;多输入多输出(MIMO)天线条件下多基站反馈技术研究[D];华中科技大学;2011年
5 史小平;多基站协作预编码技术的研究[D];南京信息工程大学;2012年
6 严康;TDD系统中多基站联合处理技术研究[D];北京邮电大学;2012年
7 韩玉喜;基于WiMAX-2网络多基站协作多用户MIMO的研究[D];东北大学;2013年
8 李牧;多基站协作干扰协调技术的分析与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 李成钢;基于多基站网络的VRS技术及其误差分析与建模[D];西南交通大学;2003年
10 程明康;MIMO-OFDM技术在WiMAX多基站协作通信中的应用研究[D];北京邮电大学;2009年
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