【摘 要】
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随着无线通信技术的飞速发展,多种信号被用在智能物联方面满足了多种市场需求,其中基于位置信息的服务也日益增多,如物流仓储系统对零件的定位及管理、灾难现场对人员的搜救、室内服务领域室内机器人的定位等,由于不同环境特点不同,环境复杂度以及定位精度需求也不尽相同。本课题面向公共展厅环境进行室内高精度定位关键技术的研究,在环境复杂度较高的情况下对人员进行高精度定位,在保持低成本、低功耗的前提下提高定位系统的
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随着无线通信技术的飞速发展,多种信号被用在智能物联方面满足了多种市场需求,其中基于位置信息的服务也日益增多,如物流仓储系统对零件的定位及管理、灾难现场对人员的搜救、室内服务领域室内机器人的定位等,由于不同环境特点不同,环境复杂度以及定位精度需求也不尽相同。本课题面向公共展厅环境进行室内高精度定位关键技术的研究,在环境复杂度较高的情况下对人员进行高精度定位,在保持低成本、低功耗的前提下提高定位系统的抗干扰能力。首先针对定位系统进行了硬件与软件的设计,在硬件电路方面采用STM32系列芯片作为标签与基站的主控MCU,采用DW1000设计UWB通信模块,并根据芯片接口特性设计实现了相应的外设;在软件方面考虑UWB模块的通信特点分别对标签与基站进行了功能模块的划分与实现。其次在定位算法方面,分析定位误差的影响因素并进行对应关键技术研究,采用改进的TDOA-TWR算法将标签与基站进行UWB通信的信号传输时间解算为标签在基站坐标系下的三维坐标数据;采用时隙ALOHA算法降低了多址信号的碰撞几率,确保多标签能够同时在同一套基站下正常工作;为解决非视距环境带来的定位误差进行了多种算法的比较分析,其中UKF算法滤波效果最稳定,平均RMSE值为30.9332mm,最终采用UKF算法对定位坐标进行修正,得到较为贴近实际运动路径的定位轨迹,提高了复杂环境下的定位精度。在实际环境中对定位系统进行整体测试,根据测试需求在PC端基于Python设计实现了上位机软件监测平台,能够通过WIFI与下位机通信,将下位机数据进行实时采集、算法处理与坐标显示。测试结果表明,定位标签在静止时定位平均误差为13.9cm,运动标签在非视距误差影响下定位平均误差为17.2cm,标签移动路径与预设实际路径较为贴合,能够表示实际运动路径。
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