室外UWB精確定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，也可以稱為脈沖無線電，可用于無線通信、位置測(cè)定、雷達(dá)等領(lǐng)域。早期UWB技術(shù)一直被美國(guó)用于軍事領(lǐng)域，但是伴隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展與成熟，推動(dòng)了許多無線業(yè)務(wù)的發(fā)展，一些場(chǎng)合對(duì)高精度定位的需求越來越多，民眾對(duì)UWB技術(shù)的呼聲越來越高。UWB技術(shù)在2002年2月美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)正式允許它用于民用，UWB技術(shù)憑借自身的穿透能力強(qiáng)、多徑分辨能力

2、高、極寬的帶寬等特點(diǎn)成為了測(cè)距和定位中最受歡迎的技術(shù)。UWB技術(shù)一般用于室內(nèi)小范圍的定位，用于室外定位的研究相對(duì)較少。本文的研究是基于UWB的室外定位，主要是針對(duì)一些特定的場(chǎng)合進(jìn)行定位，比如小型的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地、訓(xùn)練場(chǎng)、游樂場(chǎng)，采用高精度的UWB技術(shù)，可以精確的找到人員的位置，同時(shí)可以對(duì)人員的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析。UWB室外定位應(yīng)用范圍廣泛，目前我國(guó)對(duì)于UWB技術(shù)在定位方面的研究大部分還處在實(shí)驗(yàn)室的研究階段，本文的研究具有廣泛的意義。
　　

3、本文以UWB技術(shù)的基本原理為基礎(chǔ)，分析了UWB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方式以及信道模型的特性，進(jìn)一步了解了UWB信號(hào)的傳播特性;研究UWB無線定位方法，得出TOA、TDOA定位方法更適合在UWB信道中進(jìn)行定位;研究UWB常用的定位算法，包括Fang、Chan、泰勒算法，分析最小二乘法在TOA和TDOA定位算法中的求解，仿真每個(gè)算法在不同環(huán)境下的特性，得出每個(gè)算法都有自己的局限性，提出了卡爾曼濾波算法，對(duì)卡爾曼濾波算法進(jìn)行了改進(jìn)和仿真，得出卡爾曼濾波算

4、法在不同環(huán)境下的定位結(jié)果優(yōu)于其他算法，可有效的抑制非視距誤差。
　　本文最后提出了系統(tǒng)的整體框架，給出了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，利用DW1000芯片設(shè)計(jì)了標(biāo)簽和基站的硬件電路圖，測(cè)試了標(biāo)簽和基站，它們之間的測(cè)距誤差在10cm以內(nèi)，精度較高，直視距離在350m左右，非直視距離在45m左右，可以滿足室外定位的距離;分析了標(biāo)簽之間的工作狀態(tài)，計(jì)算了工作的標(biāo)簽的數(shù)量，定位過程中有很多想不到的因素，對(duì)影響系統(tǒng)精度的因素進(jìn)行了分析，最后得出室外U