超宽带室内测距与定位算法研究

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随着现代无线定位技术的发展,人们对位置服务有了更高的要求。在开阔的室外,北斗系统和GPS(Global Positioning System)可以为人们提供高质量的定位服务,但在复杂的室内环境中无法满足人们的精度需求。超宽带技术因其分辨率高、抗多径能力强、功耗低、保密性好等优势,已成为室内高精度定位领域的研究热点。本文研究基于超宽带的室内测距与定位算法,主要内容归纳如下:(1)研究基于TOF(Time of Flight)的室内测距方法。针对基于TOF的SDS-TWR(Symmetrical Double-Sided-Two Way Ranging)测距耗时长以及TDOA(Time Difference of Arrival)中时钟偏移导致测距误差较大的问题,本文给出改进的TDOA/SDS-TWR联合测距算法,该算法将锚节点分为主节点和辅助节点,辅助节点到标签节点和主节点采用TDOA测距方法,可直接测得标签节点到辅助节点的时间差信息,主节点和标签节点之间采用只有一次时延的SDS-TWR测距方法。文中通过MATLAB建模仿真TDOA/SDS-TWR中测距误差随时延和标签节点时钟偏移的变化,结果表明,本文提出的TDOA/SDS-TWR联合测距方法有效、时钟偏移鲁棒性高、耗时少且具有良好的测距精度,测距误差在0.25m内。(2)研究基于TDOA的室内定位算法。针对Taylor级数展开法中初始位置选取不当会导致算法不收敛的问题,提出C-Taylor算法,该算法先用Chan算法计算得到标签节点的初始位置,再将该初始位置代入Taylor算法中迭代,并通过加权系数计算得到标签节点的最终位置坐标。MATLAB仿真表明:1)相比于传统的Chan算法和Taylor级数展开法,本文C-Taylor算法对室内固定标签和室内移动标签的定位精度更高;2)C-Taylor算法通过kalman优化,即将C-Taylor算法得到的标签节点估计位置作为kalman滤波的初步估计,通过其上一轮工作得到的最优估计值和本次的估计值计算标签节点的最优位置坐标,对室内移动标签的定位精度显著提高。
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