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基于超宽带的AGV室内无线定位系统研究

廖凌俊  
【摘要】:传统的自动导引车辆系统(Automated Guided Vehicle System,AGVS)中普遍采用有线导引方式对AGV进行定位导航,面对环境配置更为复杂多变的仓储物流,有线导引已经无法满足其要求。在无线导引的研究中,定位技术是其核心的技术焦点。超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)通信是一种革命性的通信技术,其具有低功耗、抗多径干扰、高安全性以及测距精度高等优点,利用UWB进行无线定位也已成为国内外学者的研究热点。本文研究和设计了在室内环境下的UWB无线定位系统,该系统能够在静态定位和动态定位两个方面满足AGV定位的基本要求。论文的主要工作内容如下:(1)分析基于UWB定位技术的原理、特点以及性能,对比了几种基于ToF的测距算法,采用了基于多基站通信的ADS-TWR算法。针对目标在运动状态下定位精度下降的问题,提出了一种基于动态测距方程的ADS-TWR算法,修正了由运动产生的测距偏差,分析了影响动态测距的因素,最后结合EKF滤波给出了的目标动态定位算法。(2)对UWB室内无线定位系统进行系统的设计与实现,包括了系统的硬件设计和软件设计。定位系统包括定位装置、无线基站和信息控制中心三个部分,定位装置和基站分别采用STM32和树莓派作为主控,UWB通信采用了DWM1000模块进行实现。定位装置与基站构成UWB位置感知网络,基站与控制中心构成数据通信网络,控制中心利用跟踪算法对目标进行跟踪定位。(3)布置实际验证的实验环境,配置各个设备的位置坐标和系统参数。在实际验证过程中,主要包括静态定位和动态定位,静态定位验证了UWB测距的有效性,并对测距误差进行拟合修正,在后续的动态定位算法中进行补偿。动态定位实验对AGV运动性能进行模拟测试,并最终得到动态跟踪的性能指标。在上述的理论分析和具体实践后,利用UWB进行室内无线定位能够满足AGV的定位需求。实验表明,在动态和静态环境下其定位精度均能够达到厘米级。


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