基于超宽带的室内高密度移动定位系统

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1、硕士学位论文基于超宽带的室内高密度移动定位系统作者姓名张泽学科专业控制理论与控制工程指导教师李向阳副教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018年04月TheDevelopmentoftheHigh-densityIndoorPositioningSystemBasedOnUWBADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZeZhangSupervisor：Prof.LiXiangyangSouthChinaUniversityofTechnologyGua

2、ngzhou,China分类号：TP277学校代号：10561学号：201620112276华南理工大学硕士学位论文基于超宽带的室内高密度移动定位系统作者姓名：张泽指导教师姓名、职称：李向阳副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：嵌入式系统分析与应用论文提交日期：2018年04月10日论文答辩日期：2018年06月04日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：史步海教授委员：黄道平、李向阳、哀薇、孙宗海摘要近些年来，人们对GPS信号无法覆盖的室内环境如地下停车场、医院

3、、养老院、仓库、监狱中的位置信息需求越来越大，这类场合用户密度大、对定位精度要求高，发展高密度、高精度的室内定位技术将有助于改善现有的基于位置的服务中室内位置信息缺失的局面。超宽带（UWB）技术因其高分辨率的时间戳、丰富的宽带资源为高精度、高密度的室内定位系统的实现提供了基础，本文使用有线时钟同步的上行到达时间差（TDOA）定位机制，设计并实现基于超宽带的室内高密度移动定位系统。提出包括用户层、锚节点层、定位服务层的三层式拓扑结构，用户层和锚节点层创新性的采用上行通道为UWB、下行通道为低频（LF）的双向通信方式，节约了一次

4、定位用户层所需的带宽和能耗，实现了用户层的低功耗和高密度；定位服务层通过高效稳定的以太网总线收集锚节点层路由转发的定位信息，并解算显示用户层所有目标的位置。本文主要工作包括以下几点：(1)针对高密度、高精度的室内定位技术的应用需求，提出本论文的系统拓扑结构、硬件总体方案以及定位服务器的架构。(2)通过分析TDOA定位系统中影响定位精度的因素，结合UWB收发器DW1000的资源，提出一种复杂度低的基于超宽带帧的脉冲信道响应采样特征值的非视距（NLOS）传输检测算法、一种同步误差学习算法和一种TDOA坐标求解算法。(3)完成系统

5、用户层和锚节点层中的标签节点、锚节点及同步时钟控制器的硬件设计和调试，对各个功能模块进行了芯片选型和电路设计，并实现UWB收发和射频放大功能、超宽带时间同步功能、LF通信功能、以太网通信功能以及USB通信功能。(4)完成锚节点和同步时钟控制器的基于FreeRTOS操作系统的多线程结构和标签节点的前后台嵌入式软件的编写，开发基于.Net框架的多线程定位服务器程序。本文开发了一套高精度、高密度的室内定位系统，经实测，该系统性能稳定、UWB通信距离较远，定位精度较高、能支持较高密度移动标签节点，满足了应用需求并具备推广价值。关键词

6、：UWB；TDOA；室内定位；嵌入式系统IABSTRACTInrecentyears,Therehasbeenanincreasingdemandforpositioningcoordinateinformationinindoorenvironmentssuchasundergroundparkinglots,hospitals,nursinghomes,warehouses,andprisonsthatcannotbecoveredbyGPSsignals.Insuchoccasions,usershavehighden

7、sity,andhighrequirementsforpositioningaccuracy.Thedevelopmentofhigh-densityandhigh-precisionindoorpositioningtechnologywillhelpimprovethelackofindoorlocationinformationinexistinglocation-basedservices(LBS).UWBtechnologyprovidesabasisforhigh-precision,high-densityin

8、doorpositioningsystemsbecauseofitshigh-resolutiontimestampsandabundantbroadbandresources.Thisarticleusesthewired-synchronizeduplinkTDOApositionin