基于超宽带的室内定位算法研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ct_1984tao1
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随着无线网络的快速发展,室内定位技术逐渐受到人们的关注。超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术是一种新型的无线通信技术,它通过高斯脉冲来传递信息,无需载波,具有高传输速率、抗多径效应强、抗干扰能力强和低功耗低成本等特点,在复杂的环境下也可以实现高精度定位,慢慢地成为无线定位系统研究方向的一个热点。本文首先对超宽带的定义、工作频谱范围和特点等基本概念进行简单介绍,然后从时域分析超宽带高斯脉冲波形、能量谱密度以及脉冲信号的调制方法,并对信道模型进行仿真分析,得到UWB在各个信道的传输特性。在室内环境下,由于金属、窗户、钢筋等遮挡物的影响,UWB信号在传播过程中会出现反射、折射等现象,接收端不仅会收到直达路径信号,还会收到各种反射路径信号,所以,本文提出一种鉴别直达路径(Direct Path,DP)信号的改进算法,根据直达路径信号和反射路径信号的信道脉冲波形,制定一系列的规则来鉴别出实际的直达路径信号,由几个鉴别参数得到直达路径信号的置信度,从而得到权重公式,利用权重来减小不可靠的直达路径信号引起的误差。通过MATLAB仿真,在视距(Line of Sight,LOS)场景下,鉴别成功率为95.5%,在非视距(Non-line of Sight,NLOS)场景下,鉴别成功率为92.4%,在LOS和NLOS的混合场景下,鉴别成功率为93.2%。实验表明直达路径信号的鉴别算法可以有效的识别出直达路径信号。本文通过对接收信号强度的定位算法、信号到达时间的定位算法、信号达到时间差的定位算法和信号到达角度的定位算法来比较分析,选定信号到达时间差的定位算法作为UWB定位的基础。然后分析经典的Chan算法,接着提出一种线段近似双曲线的定位算法,结合权重公式来计算最终的定位坐标,从误差和复杂度来分析该算法的性能,简化了计算过程,降低了34%的时间复杂度。通过MATLAB仿真对比试验,该算法在静态定位中精度为14.1cm,动态定位中精度为15.3cm,具有良好的定位效果。
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