基于超宽带的无线室内定位算法研究

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近年来,无线通信技术的高速发展促使无线定位技术日趋成熟,随着传统室外无线定位技术的广泛应用,人们对于复杂的室内无线精确定位的需求越来越强烈,比如大型场馆定位、矿山井下人员定位、火灾现场定位等。超宽带(UWB)信号凭借相对于其它信号具有更强的穿透能力、抗干扰能力、极低的成本和功耗、高的多径分辨率等优点,使得超宽带技术在众多室内定位技术中脱颖而出,因此进行超宽带无线室内定位算法的研究是十分有意义的。本文的主要工作有:1.从超宽带无线通信理论出发,分析超宽带信号及其信道的特点。研究超宽带室内定位系统的原理架构,发射机和接收机原理,并解释为何选用超宽带技术作为室内精确定位算法的研究。2.详细分析IEEE802.15工作小组提出的IEEE802.15.4a信道模型。因为室内环境比较复杂,所以针对不同的环境就需要有不同参数的信道模型,IEEE802.15工作小组针对不同的环境给出了六种相应的IEEE802.15.4a信道模型。因为本文的研究重点是无线室内精确定位,所以本文着重分析了室内居住和室内办公环境下信道模型实测参数。3.重点研究超宽带无线室内定位算法。其中包括基于到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、信号强度(RSSI)和到达角度(AOA)四种典型的超宽带无线室内定位算法,并对这四种典型的超宽带无线室内定位算法的优缺点做出分析比较。结合本课题研究的方向,详细地介绍了基于TDOA和基于RSSI的超宽带定位算法。随后,本文提出了基于TDOA/RSSI的超宽带无线室内混合定位算法,在给出了详细的公式推导的同时,也研究了该算法的定位误差和误差来源。并与已有的基于TDOA/AOA的混合定位算法进行了分析比较,研究表明该算法在不提高算法复杂度的前提下,明显减小了室内定位的误差,使其更加接近克拉美罗下限。4.利用Matlab仿真软件对各种单一定位算法和混合定位算法在不同信噪比与不同信标节点个数的情况下分别进行了仿真实验,着重对TDOA/RSSI混合定位算法相对于其它定位算法进行了较为详细的分析比较。实验证明TDOA/RSSI无线室内混合定位算法与其它算法相比,在精度上有了很大提升。
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