超寬帶室內定位算法研究

隨著科技的發(fā)展和移動互聯(lián)網的普及，GPS導航、中國北斗導航等基于衛(wèi)星的室外定位系統(tǒng)已深度嵌入我們的生活，但是，室外定位基于衛(wèi)星系統(tǒng)，無法應用于室內定位。但隨著樓宇規(guī)模越來越大，如圖書館、商場、體育館、地下車庫、物品倉庫等區(qū)域急需成熟的室內定位技術，其具有很大的發(fā)展空間和廣泛的應用范圍。

超寬帶定位算法在眾多室內無線定位技術中因其誤差小、功耗小、抗干擾、復雜度低等優(yōu)點脫穎而出，能夠滿足人們對新時代下無線定位技術的需求。

1  超寬帶無線定位及其優(yōu)勢

超寬帶無線定位技術最早用于美國軍方，2002年后許可民用，我國在該領域的研究起步晚，但發(fā)展較快，雖然沒有進行大規(guī)模的商用，但成績驕人，已被廣泛應用于智能家居、智能交通、車載雷達、成像應用、智能識別等民用領域，相較于傳統(tǒng)的無線定位技術，其具有結構簡單、抗干擾能力強、分辨能力強、安全性高、保密性強、穿透能力強、定位精度高等優(yōu)勢。

2  無線定位的基本原理

 超寬帶無線定位采用脈沖信號，由多個傳感器采用定位算法對標簽位置進行分析，通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據來進行精確定位。常用的定位方法有：依據信號強弱與信號傳播距離正相關關系的基于信號強度的定位方法、依據發(fā)射信號到達基站接收天線時的入射角度的基于信號到達角度的定位方法、依據等定位節(jié)點到參考基站的時延估計的基于到達時間的定位方法、基于到達多個參考基站的的時間差的定位方法、混合定位方法等等。

3  超寬帶室內定位算法研究

依據不同的超寬帶定位的實現(xiàn)原理，在實際工程運用中有許多不同的算法。 

超寬帶室內定位算法基于的基本模型如上圖所示，A、B、C是事先設置的錨節(jié)點，依據未知待定位點d與參考基站間的不同參數來進行定位。具體實現(xiàn)算法有很多種。

3.1  LS定位算法

因為網絡、時間延遲及信號干擾等原因，基站與參考定位節(jié)點間的距離計算會存在一定的誤差，LS算法是解決這種偏差的簡單有效的定位算法。經過計算，可以得出以下方程組： 

3.2  Chan定位算法

在待定位節(jié)點與參考基站之間存在多個距離差值，依此構造一個雙曲方程組，通過求解可以獲得定位點的具體位置。 

這個方程的計算結果服從均值為0的高斯分布的假設下計算出來的，然而在實際應用中，受多種因素影響，結果的誤差較大。

3.3  Taylor定位算法

Taylor算法是一種基于初值的UWB定位遞歸算法。它通過遞歸來更新要定位的節(jié)點的位置。因此，初始坐標的選擇直接關系到Taylor定位算法的定位性能。一個良好的初始點可以使算法具有收斂速度快、計算復雜度低、定位精度好的優(yōu)點。當我們使用Taylor算法定位時，我們通常只保留兩個以下的組件，然后遞歸，直到我們設置的錯誤閾值被停止。

4  超寬帶室內定位算法仿真與分析

上述介紹的多種算法可以在MATLAB平臺上進行仿真分析。通過分析，可以得出基站數量、信噪比、測距誤差等因素對定位精度的影響關系，通過多次仿真分析，可以得出：均方誤差會隨著參考錨點基站數量的增加而下降，并最后趨于一個穩(wěn)定值；信噪比增加會使算法精度變好，但信號的信噪比很高的時候，對定位精度的影響幾乎為零；測距誤差服從標準差為0:0.05:0.4，均值為0的高斯分布。

5  結語

隨著室內無線定位技術的迅猛發(fā)展，超寬帶室內定位算法因其自身的許多優(yōu)點正被越來越多的專業(yè)人士所研究，本文做了簡單的研究，但仍有許多不足，以后將繼續(xù)努力。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.00559.cn/w/qk/21223.html