基于UWB的室內(nèi)定位與跟蹤算法研究.pdf

1、隨著人們對(duì)實(shí)時(shí)室內(nèi)高精度定位需求越來(lái)越強(qiáng)烈，傳統(tǒng)室內(nèi)定位如紅外線、藍(lán)牙、超聲波、RFID等技術(shù)，在定位精度、功耗上不能滿足人們迫切的需求。超寬帶（Ultra Wide Band, UWB）技術(shù)相比于窄帶技術(shù)，其傳輸速率高、發(fā)射功率低、抗干擾和穿透能力強(qiáng)，在障礙物少或視距(Line of Sight，LOS)傳輸下能取得很好的定位性能，但當(dāng)目標(biāo)與探測(cè)器之間障礙物較多，由于非視距(Non-Line of Sight， NLOS)傳輸導(dǎo)致定位

2、性能明顯下降，因此研究如何能減少或者消除NLOS傳輸帶來(lái)的誤差具有重要的價(jià)值。
　　為此，本文首先研究了超寬帶技術(shù)特點(diǎn)、定位系統(tǒng)各部分功能、常見的各類定位與跟蹤算法；其次研究了UWB信號(hào)室內(nèi)傳輸信道模型，仿真并分析了IEEE802.15.4a信道模型在不同短距離場(chǎng)景的傳輸特點(diǎn)；最后為實(shí)現(xiàn)在未知場(chǎng)景下，對(duì)待測(cè)目標(biāo)高精度定位與跟蹤，本文分為以下兩個(gè)方面做研究：
　　一方面針對(duì)靜止目標(biāo)：考慮探測(cè)環(huán)境為 LOS與 NLOS共存，本文

3、設(shè)計(jì)了N-CHAN算法：它既保留了CHAN算法的優(yōu)點(diǎn)，即噪聲為高斯分布時(shí)，具有較小的計(jì)算量，高的定位精度，又能在噪聲為非高斯場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)較高精度定位，仿真證明N-CHAN算法定位精度明顯優(yōu)于CHAN算法；考慮在探測(cè)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)與探測(cè)器之間均為NLOS，結(jié)合質(zhì)心Taylor算法以及TOA的幾何關(guān)系，設(shè)計(jì)了N-Taylor算法，它能夠檢測(cè)出相對(duì)誤差較大傳輸路徑，并在有效消除 NLOS誤差的同時(shí)，解決了 Taylor算法發(fā)散問題。仿真證明該算法在

4、定位精確、迭代次數(shù)以及收斂性上明顯優(yōu)于CHAN-Taylor、Taylor、質(zhì)心Taylor。
　　另一方面針對(duì)移動(dòng)目標(biāo)：綜合考慮目前各類跟蹤算法特點(diǎn)，仿真對(duì)比得出PF算法更適合于本文研究。結(jié)合本文實(shí)際需求，融入自適應(yīng)算法思想，根據(jù)目標(biāo)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況與環(huán)境噪聲，改進(jìn)PF算法，設(shè)計(jì)了JZ-PF算法。仿真證明在狀態(tài)方程噪聲為瑞利分布，觀測(cè)方程為高斯分布下，該算法能有效減小測(cè)量誤差，并在不同誤差條件下，均能有效的消除NLOS誤差，具有良好