隨著智能設備的普及和無線通信技術的發(fā)展,人們對高精度的室內(nèi)無線定位需求也日益增加�；谑覂�(nèi)的位置信息服務可以在許多場景中得到應用,比如工廠人員監(jiān)管、公共安全應急響應、定位導航和交友互動等。目前,室外定位及相關基于位置的服務已經(jīng)成熟,GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)等已經(jīng)被廣泛應用,并得到了用戶的廣泛認可。而室內(nèi)定位領域由于成本、定位精度、實現(xiàn)復雜度等因素,尚未出現(xiàn)完美的解決方案,還需要進一步地關注和發(fā)展。常見的室內(nèi)定位技術包括紅外線、WiFi、藍牙、ZigBee、超聲波、RFID等,這些技術由于各種因素的制約,都未能得到廣泛應用。超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)技術是一種具有廣闊發(fā)展前景的新型無線通信技術。超寬帶信號具有很高的時間分辨率和極大的帶寬,能夠實現(xiàn)短距離高速率數(shù)據(jù)傳輸,抗多徑衰弱能力也很強。因此,超寬帶技術近幾年在高精度的測距和定位中收到很大的關注。針對傳統(tǒng)無線定位技術在室內(nèi)定位精度低或抗多徑效應差的問題,本文設計并實現(xiàn)了一種基于超寬帶技術的室內(nèi)定位系統(tǒng)。首先,提出了定位服務器與移動端應用程序實時交互的系統(tǒng)結構,解決了室內(nèi)移動人員自主定位和導航的問題;其次,針對多標簽信道沖突問題,提出了一種有效的多標簽調(diào)度機制,使得系統(tǒng)能夠同時定位多個目標;然后,對現(xiàn)有的雙向測距(Two-Way Ranging,TWR)算法進行改進,通過增加一次測距交互有效地減少了由于超寬帶模塊內(nèi)部晶體振蕩器時鐘偏移引起的誤差,提高了算法性能;最后,將使用標準到達時間差(Time DifferenceofArrival,TDOA)定位算法得到的雙曲面方程組進行線性化處理,結合Jacobi迭代法對移動目標的位置參數(shù)進行求解,避免了使用標準TDOA算法難以直接解算的情況。經(jīng)測試,該系統(tǒng)能在房間樓道等場景中穩(wěn)定工作,定位誤差在30厘米以內(nèi)。與基于WiFi、藍牙等技術的定位系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)在定位精度上提高了約10倍,能夠滿足復雜室內(nèi)環(huán)境下的精確移動定位要求。
【學位單位】：武漢大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN925
【部分圖文】：

３．１．３雙向測距機制??在實際工作的超寬帶定位系統(tǒng)中，各節(jié)點都具備雙工能力，因此基于ＴＯＡ估??計的測距可以采用雙向測距的方式來實現(xiàn)雙向測距示意圖如圖３－２所示。??１３??

要負責數(shù)據(jù)采集傳輸，信息處理層定位系統(tǒng)主要負責定位運算和數(shù)據(jù)存儲，應用??層顯示系統(tǒng)主要負責定位顯示的功能。不同層子系統(tǒng)的功能不同，但又是相互分??工合作的。具體如圖４－１所示。??應用層顯示系統(tǒng)??？位置顯示，用戶交互??介????信息處理層定位系統(tǒng)?？定位方法位置估算??ｆ）????物理層位置檢測系統(tǒng)?？硬件系統(tǒng)的部署和配置??圖４－１定位系統(tǒng)分層結構示意圖??結合超寬帶技術，本文提出的室內(nèi)定位系統(tǒng)的實際工作架構圖如圖４－２所示。??標簽和基站為主的物理層為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集傳輸提供了所需的硬件平臺；定位服??務器端的軟件設計完成了信息處理層接收數(shù)據(jù)和調(diào)用定位算法進行位置估算的??功能。應用層顯示系統(tǒng)包括定位服務器端和移動端ＡＰＰ顯示兩部分，定位服務??器解算出待測標簽位置坐標后實時推送至移動端ＡＰＰ同步顯示。??基站?＾?定位服務器??（ｒｒ?ＵＷＢ?＼?／Ｃｉｆｉ??ｍｍａｍ??標簽Ｍ?［ｆｊ移動端ＡＰＰ??圖４－２超寬帶定位實際工作架構圖??以四基站組成的系統(tǒng)為例，理論上可以覆蓋上萬平米，增加基站數(shù)可以進一??步擴大定位場景。然而，除了室內(nèi)覆蓋范圍，定位的實時性以及定位算法精度等??２６??

圖４－７?ＭＣＵ外圍電路圖??ＳＴＭ３２的ＳＰＩ接口與超寬帶射頻收發(fā)芯片的外部引腳相連接，可以使得主控??制器能夠對射頻芯片內(nèi)部寄存器進行配置，對收發(fā)狀態(tài)進行控制
【參考文獻】

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本文編號：2887372