基于UWB的室內(nèi)SDS-TWR測距算法優(yōu)化和定位算法融合的研究.pdf

1、在定位系統(tǒng)中，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有最廣泛的運用范圍，然而由于技術(shù)局限性，無法滿足人們對室內(nèi)環(huán)境下定位的要求。隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless SensorNetwork，WSN)的迅速發(fā)展，基于超寬帶(Ultra-Wideband，UWB)、藍牙、RFID(Radio Frequency Identification)等無線定位技術(shù)成為研究的熱點。其中，超寬帶技術(shù)具有發(fā)射功率低、抗多徑能力強、穿透力強、保密性好，定位精度高等特點，使其

2、擁有更廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文在研究了UWB技術(shù)的特點以及信道特性，討論了基于UWB的幾種常用測距技術(shù)，以及經(jīng)典的基于TOA的測距算法，并針對傳統(tǒng)的對稱雙邊雙程(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging，SDS-TWR)測距協(xié)議需要較長的時延，提出了改進算法，并給出了該算法的數(shù)學(xué)分析，從理論上證明了算法的有效性。另外針對泰勒算法對初始值的準(zhǔn)確度要求較高的問題，提出將最小二乘法與泰勒算法融合方法

3、，并給出了仿真圖，從理論上證明了算法的可行性。最后給出了基于UWB的定位系統(tǒng)模型，并搭建了一個基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)，并在現(xiàn)實的室內(nèi)環(huán)境中進行了實地測試。本文的主要貢獻如下:
　　(1)本文分析了幾種常用的基于UWB的測距技術(shù)，通過比較他們的克拉美羅下限，指出了TOA技術(shù)對UWB測距的有效性。研究了時鐘漂移對TOA測距的影響，給出了時鐘漂移對幾種常用的TOA測距算法的影響，以及引起的誤差仿真圖。針對SDS-TWR以犧牲測量時間為

4、代價來減小時鐘漂移影響的問題，提出一種SDS-TWR優(yōu)化測距算法，并通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，證明了算法的有效性。
　　(2)本論文分析了最小二乘、Chan氏、泰勒算法等常用的定位技術(shù)，針對泰勒算法對初始值要求較高的問題，提出最小二乘和泰勒的融合算法，并給出其定位仿真結(jié)果。同時，針對定位過程中節(jié)點移動會帶來定位坐標(biāo)有跳動的情況，采用UKF濾波算法對定位結(jié)果進行濾波，能有效追蹤移動節(jié)點的運動。
　　(3)實現(xiàn)了基于UWB技術(shù)的定位系統(tǒng)。搭