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《海南大学》 2017年
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基于UWB技术的TDOA定位算法的研究与实现

罗勃  
【摘要】:随着信息技术的发展,如今人们对空间位置信息的需求越来越依赖。而对于空间位置的定位技术有很多,比如:超声波定位技术、RFID(射频识别)定位技术、Bluetooth定位技术、WiFi定位技术、ZigBee定位技术和超宽带定位技术等。随之也产生众多的定位算法:RSSI定位算法、AOA定位算法、TOA定位算法和TDOA定位算法等。这些定位技术的介绍及优缺点在本文的第二章中做了简略的介绍,而上述的定位算法在本文的第三章中也做了介绍和对比,所以就不在这一一介绍了。可见定位技术的发展之迅速,这也表明了人们对位置定位的需求之大。本文将对超宽带定位系统常用的TDOA定位算法进行研究及实现。TDOA定位算法其实就是使用各基站接收信号的时间之差进行定位的。通常我们得到基站接收信号的时间,也就确定了信号源到基站的距离,再根据信号源到各基站的距离为半径画圆,各圆之间的交点就是信号源的位置。由于绝对时间一般不容易测得,可以通过信号到达基站的时间差,以基站为焦点建立双曲线,到达时间差乘光速就是两基站到信号源的距离差,则信号源在该双曲线上的点,多个双曲线的交点即为信号源位置,这也就是双曲线数学模型。本文首先对超宽带定位技术的国内外发展状况做了大概的了解,并对其知识理论进行了学习和理解,常用的定位性能指标也作了简单的介绍。然后,是对本章主要的内容TDOA定位算法的理论知识和数学模型进行了深度的研究,并对TDOA定位算法需要的基站之间的时钟同步进行了研究,提出一种基于卡尔曼滤波算法的无线时钟同步算法,建立了对应的数学模型,经过仿真实验结果表明基站之间在卡尔曼滤波算法的跟踪作用下,基站之间的时钟同步效果很好。最后,对TDOA定位算法得出的非线性方程求解。介绍了两种常用的经典位置估计算法:Fang算法和Chan算法。并分别进行了仿真实验,结果表明Chan算法效果要比Fang算法好。由于Fang算法不能利用多余的基站信息进行估算,而Chan算法可以利用多余的冗余信息进行估算,所以Chan算法可以通过增加基站来提高定位精度。仿真实验结果也表明了 Chan算法通过增加基站数目来提高定位精度是有限的,当基站数目达到一定数目时,定位精度的改善并不明显。所以Chan算法在实际工程应用中对基站数目的需求视情况而定。
【学位授予单位】:海南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN925

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