基于AOA和PDOA的无源UHF RFID室内定位算法研究

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1、基于AOA和PDOA的无源UHFRFID室内定位算法研究AStudyonIndoorLocalizationAlgorithmofPassiveUHFRFIDBasedonAOAandPDOA工程领域：电子与通信工程作者姓名：裴曙阳指导教师：马永涛副教授企业导师：黄建尧天津大学国际工程师学院二零一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位

2、或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着信息技术的

3、快速发展，人们越来越关注位置信息。GPS（GlobalPositioningSystem）技术可以满足人们在室外对位置的需求。然而，在室内的环境复杂下，障碍物较多，GPS信号在室内会衰减很大，已经不能为人们提供精准的位置。无源UHFRFID（UltraHighFrequencyRadioFrequencyIdentification）标签定位技术因其读写速度快、成本低、部署简单等优点，被广泛的应用在室内定位中。影响室内定位精度的因素主要是无线信号在室内的多径和非视距传播（NLOS，non-lineofsigh

4、t），针对这两个因素，本文提出了一种基于AOA（AngleofArrival）和PDOA（PhaseDifferenceofArrival）的无源UHFRFID室内定位算法。利用AOA方法可以获得信号的到达角度，同时，利用很细波束的阵列天线可以区分一定角度范围的内的多径信号。通过PDOA方法，可以计算出待定位物体到基站的距离。根据定位环境中障碍物的位置和实体基站的位置，利用几何关系，可以建立虚拟基站，将非视距路径转化为视距路径。最后，利用加权最小二乘与残差加权联合算法WLS-RW（WeightedLeastS

5、quaresCombinedwithResidualWeighted）来计算待定位物体的具体位置。为了获得更高的定位精度，本文还深入研究了AOA算法与PDOA算法的特性，对比了本文所用的MODE（MethodofDirectionEstimation）算法与基于空间平滑的MUSIC（MultipleSignalClassification）算法的AOA估计精度；同时，研究了信号发生反射的时候，相位突变对PDOA估计精度的影响。最后，利用MATLAB建立仿真环境，用射线跟踪模拟无线信号的传播，对提出的算法进行仿

6、真。从仿真结果看到，在多径和非视距的室内环境下，在一个10m*10m的屋子里面，本文提出的算法，定位误差以80%的概率小于0.5m，定位精度高于传统的室内定位算法。关键词：室内定位，AOA，PDOA，多径，非视距，虚拟基站IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofinformationtechnology,peoplearepayingmoreandmoreattentiontothelocalization.GlobalPositioningSystem(GPS)canprovid

7、eusaccuratelocationinoutdoorenvironment.However,therearemanyobstaclesinindoorenvironment,andGPScannotprovideusaccuratelocalizationinformationbecauseofthesignalattenuation.UltraHighFrequencyRadioFrequencyIdentification(UHFRFID)isgettingmoreandmoreconsiderati

8、ontobetheoptimalselectionforindoorpositioningsystemsbecauseitiseasytodeployed,lowcostandhashighread-writespeed.Duetothecomplexsignalpropagationscausedbywalls,clapboard,ceilingandsoon,theUHFRFIDsignalsm