基于超宽带技术的tdoa室内三维定位算法研究

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1、基于超宽带技术的TDOA室内三维定位算法研究基于超宽带技术的室内三维定位算法研究王彪,傅忠谦中国科学技术大学电子科学与技术系,安徽合肥摘要:在室内环境下对目标进行无线定位时,由于障碍物的遮挡而造成的非视距误差对定位精度产生了很大的影响。针对此问题,对利用超宽带技术测量得到的到达时间差数据进行残差分析,首先鉴别测得的数据中是否存在误差,然后针对存在误差的情况,提出将算法得到的定位结果作为泰勒级数展开法的初始定位值,组成?级数联合算法来计算情况下的定位结果。而对于视距情况下测得的数据,仍采用单一的算法进行计算。仿真对比实验表明,?级数联合算法有效地提高

2、了室内环境下目标的定位精度。关键词:非视距;三维定位;算法;泰勒级数展开法中图分类号:文献标识码:文章编号:?????,,,,:,???的?.,玷珊啊?..,.,,?.‘一.:;?;山;随着无线通信技术的高速发展,基于无线通信的定舢算法,以及基于到达时间差的雎位技术得到了广泛的发展与应用。例如,众所周知的全球算法或到达时间的定位系统,在室外环境下为人们提供了许多便利。算法【。其中,到达时间差的定位算法应相比于室外环境,室内环境下的无线定位面临着更用较为广泛。主要因为它不要求传感器与被定位目标之多挑战【】。目前室内定位常用的技术有超声波、红外线、间保

3、持时钟同步。在无线定位技术中,传感器和目标时蓝牙、?、以及近些年新兴起来的技术??超钟不同步是个不可消除的不利因素,而到达时间差的定宽带技术。其中,超宽带技术因其诸多优势而广位算法恰恰能克服此不利因素,只要求传感器之间保持泛应用在室内定位中。超宽带技术是一种无载波的通信时钟同步。因此,在室内环境下利用到达时间差算法进行技术,它利用纳秒级或纳秒以下的极窄脉冲信号来传输定位计算,从一定程度上简化了定位系统的复杂性。数据,这使得超宽带信号有着很高的时间分辨率,进而定位算法介绍能够实现很高的测距精度【】。室内定位的过程中,在主传感器和从传感器时钟同用于无线

4、定位的算法很多,包括根据电波到达角度步的情况下,利用到达时间差算法可以得到的算法和信号强度的测量值,然后运用定位估计算法来处理得到的定位数《微型机与应用》年第卷第期欢迎网上投稿..咖万方数据据,进而计算出最终的定位结果。具体计算过程是:利用将式、式带人式,可得:获得的测量值,可以计算定位目标和两个传感器×矿×菇厂兰之间的距离差,多个测量值便构成了一组关于目上式中:标位置的双曲面方程组,求解该双曲面方程组就可以得姐:.锻:.姐;..一缸:到目标的估计位置。对于目标位置估计的算法可以分为;.砂;,腮一:.一戈;两大类:非迭代算法和迭代算法。非迭代算法即

5、直接算法,比较有代表性的有粕算法?、算法【;而迭代/三;.;,严一:.一菇:算法中比较有代表性的是泰勒级数展开法【】。由式便可以得到戈的值,进而可以求得、。的.算法值,最终得到目标的位置坐标。龃算法利用个传感器所得到的测量值.泰勒级数展开法来直接估算标签的位置,这种算法计算量小,在视距泰勒级数展开法是一种迭代算法,它需要先对目标条件下有着很高的定位精度。。该算法具体过程如下:的初始位置进行估计,然后通过最小平方误差的准则不在三维直角坐标系中,设定位目标的位置坐标为断地对初始值进行修正,最终达到符合设定门限值的结,,,,,主传感器的位置坐标为.,,。

6、,彳,从传感器的果。这种迭代能够适用于各种信道环境,但是它要求定位置坐标为∽,竹,毛,定位目标与从传感器和与主传感位目标初始位置的坐标估计值与实际位置坐标值很接器的距离差为咒.。,其中,,。由此可以得到:近,以此来保证算法的收敛性和结果的准确性。算法具尺、/≈一戈弘一,,≈一体过程如下:首先,定义函数,,,,为:尺鼍一戈弘一,,毛一并,,,、/麓一戈孔一,,盈?一一糍茗一一商戈广彳、/算一算一,,一彳其中,菇;~;。尺.屯,尺?菇,,.
‘,其中为电磁波的传播速度,屯..为的测量值。由于:其中¨为估计到达距离差,¨对应为估计到达距离:叫;.放‘.皿

7、尺:差误差的协方差矩阵。如果‰、如、磊为定位目标坐标位一麓髫一竹,,一勉茗严置的初始估计值,则:令涪可得:菇氟茂,,,弘,彳。,最其中,最、或、最为对应位置坐标的误差。对函数进行泰尺:一鬈算一巧,,一复广勒级数展开,取其前两项得到:式一式,可以得到:’尺¨嫁‘.皿一氖¨菇一∞.,,一勉¨?.。¨筑Ⅲ母啦.龟≈尺?,?.此处,上式,麓。≈一菇,井.产咒一,毛.盈一。把髫、、看成未知数,则式就变成了线性方程组,当求出线性方程组中茗、,、的值便可以得到目标的位置坐标。设定主传感器的位置为,,,从传感器的位置分别为:,,、戈,,卜乱。,等一等∞,、‰,儿,

8、?。此时可以由式得到:一尺:.。尺。尺:.。一髫:石:菇卜普等一等一嬲,。嘏尺;.。一戈;,,;菇,算,,%孔。,荨一等一