基于TOA方案的超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)研究.pdf

1、隨著室內(nèi)定位需求的不斷增加，具有良好通信性能以及定位性能的超寬帶(UWB，Ultra-wide Bandwidth)室內(nèi)定位的研究和發(fā)展越來越受到重視。到達時間(TOA，Timeof Arrival)方案是UWB定位方案的一種經(jīng)典定位方案，該方案是一種基于時間的定位方案?；跁r間的室內(nèi)定位方案一般需要設(shè)備間的時間精確同步才能實現(xiàn)高精度的定位，但時間同步定位方案需要在定位系統(tǒng)中增加同步模塊，并且精確同步的實現(xiàn)會給整個系統(tǒng)增加額外的能量消耗

2、，這給基于時間的定位方案的實現(xiàn)增加了難度。
　　本文提出一種無需時間同步過程的TOA定位方案。該方案通過雙向測距法實現(xiàn)定位設(shè)備間的通信，將消息的發(fā)送時間與接收時間負載到數(shù)據(jù)幀進行通信，從而完成兩點間測距的過程。本文在decaWave1000的開發(fā)板上完成了測距過程的實驗驗證，并且針對定位過程提出了一種改進的定位算法——多次迭代WLS估計定位算法。通過硬件環(huán)境的部署和軟件的仿真分析，定位結(jié)果表明無需時間同步的TOA方案可以完成精確的

3、超寬帶定位，定位精度控制在10cm～30cm之間。與現(xiàn)有的定位方案相比，該方案減小了時間同步模塊的消耗，通過消息定時發(fā)送降低整個系統(tǒng)的功耗，同時改進的定位算法使得整個定位系統(tǒng)具有更好的精確性和魯棒性。本文的主要工作包括以下方面:
　　(1)分析目前典型的超寬帶定位方案，包括測距實現(xiàn)原理以及使用的定位算法原理，指出基于時間的定位方案可以不采用時間同步而達到高精度定位。
　　(2)研究測距過程的雙向測距法，描述雙向測距法的兩個階

4、段，以及每個階段的通信過程;通過幀解析說明該算法無需同步而實現(xiàn)測距的原理。
　　(3)設(shè)計雙向測距法的狀態(tài)機實例，對每個設(shè)備的工作狀態(tài)過程以及每個狀態(tài)所做的工作做了詳細的描述。
　　(4)在硬件平臺上實現(xiàn)雙向測距法，并且基于測距結(jié)果分別用經(jīng)典的Chan算法和Taylor算法仿真，比較了這兩種算法在精確性和計算量上的優(yōu)缺點。
　　(5)提出一種基于加權(quán)最小二乘(WLS，Weighted Least Square)法的改進