基于UWB定位系统的设计及时延算法的研究.pdf

学校代码： 10126 学号： 31556002
分 类 号： 编号：


内蒙古大学

论 文 题 目

基于 UWB 定位系统的设计
及时延算法的研究


学 院：电子信息工程学院
专 业：信息与通信工程
研究方向：移动互联网与物联网信息处理
姓 名：贾静茹
指导教师：程晓东


2018 年 05 月 06 日
内蒙古大学硕士学位论文
基于 UWB 定位系统的设计及时延算法的研究
摘 要
经过这几年无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）和移动通信技
术的发展，在室内环境下，基于位置的服务（Location Service Basic，LSB）越
来越受到人们关注。传统的室内定位在系统成本方面、定位的精度、复杂度、
系统稳定性等已经不能满足用户的需求。在这样的情况下，一种新的技术，超
宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术很快引起了人们的重视。UWB 技术具有高
通信能力，抗多径干扰，穿透能力很强，较高的时间分辨率等一些优点，因此，
是用于高精度定位比较好的选择。
本文通过围绕如何提高 UWB 定位精度展开讨论和研究，主要的工作内容包
含：分析了现有的常用的定位技术的优缺点，并且对 UWB 使用各种定位方法的
可行性进行了分析，在理论上论证了适合 UWB 定位的时延算法和定位算法。研
究分析结果：在定位算法中，接收信号强度（Received Signal Strength Indicator，
RSSI）的定位方法易受外界环境干扰，定位精度较差，基于信号到达角度（Angle
Of Arrival，AOA）的定位方法需添加天线阵列，并且不适合用于多径密集的环
境下，基于信号到达时间（Time Of Arrival，TOA）的定位方法可以充分利用
UWB 信号的各种优点，具有很高的定位精度。本文通过对 UWB 测距算法的分
析，选择采用双向飞行时间算法（Time Weighted Return，TWR）来进行测距，
时延算法采用欧几里得矩阵算法计算时延。通过测距算法和时延算法的结合，
使得 UWB 的测距最大误差 12cm，最小误差 2cm。理论上三点可以实现定位，
但是实际测量的过程中，三点定位会出现无解的情况，发现采用四点定位的精
内蒙古大学硕士学位论文
度更高，也不会出现无解的情况，四点定位时，第四个基站是用来辅助测试的。
四点定位的定位最大误差 18cm，最小误差 6cm。
关键词：UWB；TWR 测距；定位；天线时延
内蒙古大学硕士学位论文
DESIGN BASED ON UWB POSITIONING SYSTEM AND
RESEARCH ON TIME DELAY ALGORITHM
Abstract
In recent years, With the mobile communication and Wirel