UWB技术下的室内定位研究

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现今由于中国北斗、GPS等定位技术的日趋成熟,这些技术已经广泛被运用于商业领域;但是相对于已经被大量运用的室外定位技术,我国的室内定位技术仍然处于实验室研究的层次。在各种室内定位技术中,超宽带(UWB)技术在各方面的优势较为突出。因此利用UWB技术来实现室内定位变成一种可能。本文在现有的UWB定位系统上,在测距与定位两个方面做了相关研究工作,提高了定位系统的精度。本文对两种测距方式进行了误差分析,得出测距误差主要来源于两个方面:1.节点处晶振的时钟偏移会导致测距模块接收与发送信号时的响应时间出现偏差,进而影响测距的精度,2.节点间信号传播时因空气折射率而导致的信号传播速度变化,进而影响测距的精度。结合以上两点造成测距误差的因素,推导出两种误差系数并设计了相关的测量方法与应用方法,两种误差系数分别适用于采用了高频率稳定晶振的测距模块与未采用高频率稳定晶振的测距模块。本文还设计了一种空气折射率以及一种晶振实际频率的测量方法。本文在比较了几种UWB定位方法后,选择基于信号到达时间差(TDOA)这一定位方法进行研究,介绍了几种常见的基于TDOA的算法后,对Fang算法,Chan算法,Taloy级数算法进行了公式的推导以及MATLAB的仿真,结合测距中误差系数的应用,得到三种算法的误差曲线图与散点图,比较三种算法的误差,挑选出三种算法中的误差最小的Chan算法,再套用一层卡尔曼滤波,再对其进行仿真得到误差曲线与散点图,分析其误差与标准差。实验表明在定位系统中采用误差系数对距离测量进行矫正,可以提高距离测量的精度并提高相应定位系统的精度,采用卡尔曼滤波可进一步提高定位精度。在距离测量中采用误差系数进行修正的方法可应用于室外定位。
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