基于UWB的室内定位系统设计与实现

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随着无线传感网络和移动通信的发展,位置服务行业得到了快速发展。目前在户外,卫星定位已经可以满足人们的需求。然而由于室内环境复杂、遮挡严重,卫星定位解决方案在室内失效。为提供室内高精度定位服务,本文设计了一套基于UWB的室内定位系统。在论文的完成过程中做了如下工作:首先,本文对现有的室内定位技术做了简单介绍,通过对比系统成本、实用性、精度等因素最终选取UWB定位技术作为本文的研究对象。为进一步了解该技术,又对其定义、实现方式等做了介绍。其次,本文介绍了定位常用的模型及算法,通过对比复杂度、可靠性,本系统最终选用TOA算法。该算法的定位过程共分为两步,分别是测距和位置解算,它们共同影响着定位的精度。针对测距,本文研究了基于TOA的测距算法,讨论了时钟偏移对测距算法的影响并给出误差仿真图,最终选用非对称双边测距方案。为解决实际定位中方程组无解的问题,本文引入最小二乘算法,该算法可求出标签的最优解。然后,本文完成了基于STM32芯片、DWM1000模块的系统硬件、软件设计与实现。在硬件设计方面,本文完成了原理图的绘制以及PCB板的设计。软件设计主要包含两个功能,分别是定位和位置显示。最后,本文进行了定位系统的测试,分为端到端的测距测试和基于三基站的定位测试。通过测试,本文对测距过程中出现的误差做出分析并加以校正。经误差校正处理后,本系统测距和定位精度分别为10cm和20cm,已满足室内高精度定位的需求。
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