基于FMCW无线信号的室内定位技术的研究

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近年来随着移动互联网的迅猛发展,人们对于室内定位服务的需求日益增加。目前,已经有多种技术被应用于室内定位领域。其中,无线定位技术是指利用室内无线信号特征对室内目标进行定位,是目前应用广泛的一种室内定位技术。在众多的室内无线定位技术中,调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)技术以其无盲区,高精度等特点而备受瞩目。本文利用FMCW技术设计了一个室内定位系统,该系统不需要被测目标携带任何装置,实现了室内静态目标的定位和移动人体的跟踪。定位系统的硬件设计主要包括两部分:系统发射链路的设计和接收链路的设计。在发射链路的设计中,通过比较各类FMCW信号产生方式,选择使用锁相环技术设计一个频率范围为6.0 GHz-6.8 GHz,周期为2 ms的FMCW信号频率源,并阐述其余的发射链路器件的选择。在接收链路的设计中,介绍了采用超外差接收机结构的接收链路方案,并利用ADS软件对所设计的方案进行了链路参数计算与性能仿真。随后简要介绍了USRP平台。定位算法主要包括三个部分:往返时间的估计、定位方法和动态目标跟踪。在往返时间的估计中,使用减去背景频谱的方法去除室内静态干扰,使用阈值检测和最小频率的判定方法去除由人体产生的动态干扰,并利用提出的频率校正法校正差频信号频率,获得准确的往返时间。之后由往返时间计算得到往返距离,并结合本文的硬件系统方案选择椭圆相交定位法定位室内目标。在动态目标跟踪中,首先使用固定阈值检测和卡尔曼滤波相结合的算法降低测量得到的往返时间连续值的噪声,使其保持平滑。然后使用扩展卡尔曼滤波的方法对室内移动的人体进行跟踪。本文对设计的定位系统在一间实验室内和一间办公室内进行了实际测量。静态目标定位测试结果表明,其欧式距离平均定位误差为14.85 cm,中位误差为14.80cm;移动人体跟踪测试结果表明,其欧式距离的平均误差为11.37 cm,中位误差为8.01 cm。
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