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超宽带室内定位技术研究

宋洋  
【摘要】:随着互联网技术的迅速发展,无线网络定位的需求日益增加,对于室内定位技术的研究也成为一大热点。目前室内定位的方式多种多样,但是因为精度的问题,大多数都不能满足人们对室内无线定位的需求。超宽带(Ultra-wideband,UWB)作为一种潜力极大的无线传输技术,以其特点和优势,正逐渐的被用于无线通信及无线网络定位领域。针对室内定位精度不高的问题,本文在分析传统无线定位技术的基础上,通过对超宽带定位技术进行分析,从测距方法和定位算法的改进优化上展开研究。本文阐述了UWB系统的原理和优势,研究了UWB系统的信号模型和信道模型。同时,分析了几种无线定位算法和卡尔曼滤波算法,并通过仿真比较了三种卡尔曼滤波算法的性能。在对无线测距技术的分析中,本文详细阐述了TOF测距技术,TOF技术简单易实现,但是存在节点间同步困难和时钟晶体存在频率偏差等问题。针对TOF技术存在的问题,本文提出了改进的ADS-TWR测距方法,通过利用不同的测距过程和新的计算方法很大程度上解决了上述问题,并用公式推导和仿真分析证明了该方法的准确度较高。在对室内定位算法的分析中,经典算法存在一些缺点,如Chan算法在非视距环境中精度会受到影响;Taylor算法受初始位置的影响较大。针对这些问题本文提出了改进Chan-Taylor混合加权算法,该算法结合经典算法的优点,合理设置权值,对两种算法进行加权处理,进一步计算得到位置坐标。并通过仿真分析得出了该算法定位精度较高的结论。通过仿真实验可以看出,使用改进的ADS-TWR测距方法和改进Chan-Taylor混合加权定位算法在超宽带室内定位中有更加准确的效果。对比现有的定位技术,本文减小了定位误差,提高了定位精度。


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