【摘 要】
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随着科技的不断进步以及传感器性能的大幅度提高,室内定位技术得到了飞速发展。超宽带(Ultra-Wideband,UWB)定位技术具有精度高、抗干扰能力强以及功耗低等优点,成为了室内定位技术的研究热点。本文从实际应用角度出发,对基于UWB的精确定位算法和室内定位系统进行研究与实现。首先,提出了一种UWB融合气压计(Ultra-Wideband fusion barometer,UWB-Bar)的三维
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随着科技的不断进步以及传感器性能的大幅度提高,室内定位技术得到了飞速发展。超宽带(Ultra-Wideband,UWB)定位技术具有精度高、抗干扰能力强以及功耗低等优点,成为了室内定位技术的研究热点。本文从实际应用角度出发,对基于UWB的精确定位算法和室内定位系统进行研究与实现。首先,提出了一种UWB融合气压计(Ultra-Wideband fusion barometer,UWB-Bar)的三维定位算法,该算法通过标签节点的高度以及标签节点到两个基站节点的距离实现定位。通过差分气压法得到标签节点的高度,实验证明测高精度可以达到5cm。通过非对称双边双向测距法(Asymmetric Double Sided Two-Way Ranging,ADS-TWR)获得标签节点到基站节点的测距,实验证明测距误差不超过10cm。在此基础上,通过UWB-Bar定位算法得到标签节点的三维坐标位置,实验证明平均定位误差不超过17厘米。其次,为了拓展定位基站数量以及提高定位的精度和稳定性,使该定位系统更具有实用价值,提出了一种改进的最小二乘定位算法以及一种基于UWB-Bar的质心定位算法。两种定位算法都是利用气压测高把三维定位问题转为二维定位问题,且通过冗余的测距提高定位精度。为了进一步提高定位精度和稳定性,使用卡尔曼滤波对坐标位置进行滤波优化。实验证明这两种定位算法的定位性能明显优于UWB-Bar定位算法、三边定位算法。UWB-Bar定位算法经过卡尔曼滤波优化,其平均定位误差降低到14厘米以下。最后,设计实现了一种UWB-Bar室内定位系统,系统的最大特点是只需要两个基站就完成标签节点的三维定位。UWB-Bar定位系统由硬件与软件组成。硬件中最重要的两个传感器是DW1000和SPL06-001,前者是UWB芯片,测距精度为10cm,后者是气压传感器芯片,高度分辨率为5cm。系统软件由UWB节点的下位机软件以及电脑端的上位机软件组成,并实现下位机和上位机的功能。
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