基于UWB定位节点的开发与研究

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定位技术主要分为室外定位和室内定位两大类。目前,室外定位由于精度要求以及GPS的支撑,技术已经日趋成熟,例如现今车辆导航系统、共享单车(如摩拜、ofo等)及物流监测等方面GPS都有很大的应用。至于室内定位技术的发展,由于受到室内复杂环境及多种障碍物的影响,高精确室内定位技术的发展面临着许多瓶颈的限制。本文致力于研究基于UWB的室内定位技术方案,UWB技术以其功耗低、多径分辨能力强、抗干扰能力强等特点很好地满足室内定位技术的需求。首先,论文从UWB信号的实现方式以及从调制扩频方式和脉冲波形入手分析适合测距定位的UWB信号脉冲属性。其次,本文着手搭建了基于UWB定位系统的软硬件平台,从节点的硬件电路入手分别介绍节点每个电路原理图,重点介绍了UWB信号收发模块以及主控部分,并对整个硬件电路进行了安装调试,保证了整个系统的稳定性。然后阐述了整个软件平台的开发流程以及UWB信号的通信流程,并研究了UWB信号的前导码、信道以及脉冲重复频率(PRF)参数配置对于整个测距定位系统的影响,最终确定信号的参数配置。同时本文制作了定位系统的上位机界面,以便实现对数据的显示和实时监控,并为后文的实验测试提供数据依据。最后对比了目前应用较广的几种定位算法,并进一步改进了基于三边定位的质心定位算法。同时在仿真实验以及实际环境条件进行了测试实验,得到了15cm左右的测距定位精度,进一步验证了本文搭建的UWB室内定位系统的可行性。
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