基于雙射頻技術(shù)的DRIPS和uDRIPS室內(nèi)定位分析及異步定位算法研究.pdf

1、在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)快速增長，各種新型移動(dòng)設(shè)備比如手機(jī)、平板電腦和可穿戴設(shè)備層出不窮，這一切都使得定位感知服務(wù)需求日益增加。對于無線傳感器節(jié)點(diǎn)（WSN）應(yīng)用來說，位置感知服務(wù)至關(guān)重要，至今為止已經(jīng)有大量的基于測距定位的系統(tǒng)的研究。全球定位系統(tǒng)（GPS）主要應(yīng)用于室外環(huán)境，其定位精度大約在5 m。然而由于衛(wèi)星射頻信號很難穿透建筑物墻壁，GPS對于室內(nèi)定位的表現(xiàn)并不好。此外，超寬帶（UWB）定位系統(tǒng)擁有很高的

2、定位精度，但是過高的成本使其不能得到廣泛使用。射頻干涉室內(nèi)定位系統(tǒng)（RIPS）是在2005年被首先提出的一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用兩個(gè)發(fā)送端來直接生成干涉信號，且兩個(gè)發(fā)送端信號的頻率很接近，因此干涉信號有一個(gè)低頻包絡(luò)，而這可以通過WSN中低廉的節(jié)點(diǎn)設(shè)備測量估算。而后又有諸如DRIPS和uDRIPS的定位系統(tǒng)，這些系統(tǒng)利用了雙頻信號來進(jìn)行射頻干涉室內(nèi)定位，計(jì)算方法更為簡單且能適用于平坦衰落信道。
　　本文主要研究對象是基于無線傳感

3、器網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位技術(shù)。由于射頻信號是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最為普遍的信號，我們選擇利用射頻信號來進(jìn)行室內(nèi)定位。我們的研究主要分為兩個(gè)部分，一個(gè)是利用PXI平臺(tái)搭建了雙頻射頻干涉測距實(shí)驗(yàn)，用以分析雙頻射頻干涉實(shí)驗(yàn)的測距效果，從而可以分析其定位效果。另外一個(gè)是對于一般雙頻射頻干涉定位技術(shù)做出了改進(jìn)，使得異步定位成為可能，降低硬件要求。這兩方面內(nèi)容具體來說如下：
　　(1)在射頻干涉定位中，DRIPS是一種雙頻射頻干涉定位系統(tǒng)，由于該雙頻信號

4、中的兩個(gè)信號的頻差很小，小于信號相干帶寬，因此該信號所經(jīng)歷的信道模型可以建模成平坦衰落信道。但是在DRIPS中，定位算法中使用了平方運(yùn)算來產(chǎn)生低頻差信號，而這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)較高的噪聲功率。另一種方法是uDRIPS，它是一種使用了欠采樣技術(shù)的DRIPS。除了DRIPS本身的優(yōu)點(diǎn)以外，由于uDRIPS采用了欠采樣技術(shù)，這種方法通過直接采樣接收的雙頻信號可以有效避免噪聲放大。我們利用PXI設(shè)備來實(shí)現(xiàn)并評估這兩種測距方法，由于實(shí)驗(yàn)條件的一些限制，我

5、們只設(shè)置了一個(gè)發(fā)送端和一個(gè)接收端來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過多次實(shí)驗(yàn)，我們得到了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析我們可以得出雙頻射頻干涉定位的有效性和可靠性，同時(shí)評估了DRIPS和uDRIPS這兩種方法的優(yōu)劣。
　　(2)在諸多室內(nèi)定位技術(shù)中，一個(gè)繞不過去的問題是同步問題，它大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。尤其是在射頻信號的室內(nèi)定位中，由于射頻信號的傳播速度是光速，同步的精準(zhǔn)度要求便更高，這對系統(tǒng)來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。為此我們提出一種基于雙頻射頻干

6、涉的異步TDOA定位系統(tǒng)，命名為ATPS。在該系統(tǒng)中，我們使用特別的通信機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)異步進(jìn)行定位，另外只需要兩個(gè)發(fā)送端（其中一個(gè)是盲節(jié)點(diǎn)一個(gè)是參考錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送端）和四個(gè)接收端便可以進(jìn)行定位。在系統(tǒng)中，我們采用了ESPRIT算法來進(jìn)行接收端頻率的估計(jì)，再通過利用TDOA算法來進(jìn)行相位和時(shí)間處理，最后利用Chan雙曲線定位算法定位盲節(jié)點(diǎn)。我們也通過仿真對該定位技術(shù)進(jìn)行評估和討論。
　　綜上所述，本文主要研究了雙頻射頻干涉室內(nèi)定位技術(shù)