基于协同算法的室内定位系统研究与设计

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文二。一三年五月ByLuXuADissertation／ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofElectronicandCommunicationEngineeringNationalTimeServiceCenterChineseAcademyofSciencesMay，20

2、13致谢转眼间，在国家授时中心三年的研究生学习时间即将结束。回首这三年时间里的点点滴滴，使我记忆犹新。在这里不仅学习到了专业知识，更使我学会了如何去思考问题，如何去做人，如何去做事。衷心的向那些在学习以及生活上帮助过我的领导、老师、朋友以及家人致以我最真诚的谢意，感谢你们!在这三年的学习时间里，首先衷心的感谢我的导师华宇研究员，感谢华老师在学习上对我的严格要求、悉心指导。华老师学识渊博，思维严谨，是我们学习的楷模。硕士期间，我在科研工作中的每一步都倾注着华老师的悉心指导与关怀。从论文的选题一直到最后的论文撰写都花费了华老师大量的心血。向我的恩师华老师致以深深的敬意

3、!其次感谢郭伟副研究员，郭老师一直对我的毕业论文给予支持和帮助，从小论文的发表，到大论文初稿的提交，到最终大论文的成文，中间都离不开郭老师的悉心指导，非常感谢郭老师。感谢授时中心郭际主任、王玉林书记、吴海涛副主任、张首刚副主任、窦忠副主任、卢晓春副主任、科技处刘子懿处长等为我们完成学业提供强有力的支持。感谢李孝辉研究员、胡永辉研究员、许林生研究员、高玉平研究员等老师在学习过程中给予我的无私帮助。感谢漆贯荣老师在研二上学期的精彩授课，让我深入了解了时间和频率的概念。感谢李平、张正两位老师在学习生活中的帮助。尤其感谢冯平副研究员对我论文提出的宝贵意见。感谢高媛媛、韩涛

4、、曾婷、黄长江、金晓臻、董道鹏、孙中尉、徐永亮、燕保荣、李云、胡召鹏、刘涛、武晓亮和杨朝中等师兄师姐在我的学习中提供指导与帮助。尤其感谢向渝师兄，指导我的毕业设计的完成。感谢陈金风、谢亮、张帆、倪媛媛、杨莹等所有2010级的同学，感谢潘登、袁江斌、赵坤娟、吕博云等师弟师妹们，谢谢他们对我的支持和帮助。尤其感谢郭美军同学在工作经验上的分享。他们的陪伴，增加了我生活中的乐趣，愿我们的友谊地久天长。借此机会，特别感谢我的父母在这么多年对我学习上的支持，正是因为有你们在我身后默默的支持，才会有我今天的成绩。祝愿你们身体健康，万事如意。最后，由衷的感谢参加论文评审以及答辩的

5、各位老师和专家。谢谢!芦旭2013年5月II摘要由于GPS的缺点是不能在室内进行定位，而人们又对室内定位有需求，室内定位技术应运而生，并且成为目前的研究热点。高精度的室内定位系统具有巨大的商业前景，因此，研究室内定位技术的研究具有重要意义。本文首先分析了线性调频信号的信号体制和脉冲压缩原理，并搭建了节点硬件平台。然后，论文出于对定位精度的考虑，分析了几种协同定位算法。最后给出了初步的定位结果。论文主要包含理论分析、硬件设计实现、算法研究、仿真验证等方面。本论文的具体工作内容有以下几个方面：(1)综述了室内定位技术、线性调频扩频技术以及室内定位技术的国内外研究现状，

6、分析了基于线性调频扩频技术的室内定位系统实现的基本原理。(2)论文中设计了室内定位硬件平台，并在KeiluVision4的编译环境下，设计了锚节点和标签节点的软件，最后在C++builder6．0的软件开发调试环境下编写了用户界面软件。在实验室楼道进行了测距实验，通过对实验数据的严格分析，建立了误差指纹库对测距误差进行补偿；并且通过对芯片的研究，还给出了一种基于SDS．TⅣR和RSSI的协同测距算法。通过对测距结果进行修正，得到1．5米左右的测距误差。(3)具体研究了包含测距误差值的求解超定非线性方程组的协同定位算法，分析了基于几何加权法和Taylor级数展开法的

7、协同定位算法。但是出于对算法复杂度的考虑，为了快速获得定位结果，本论文采用了基于LSE和Kalman滤波的协同定位算法；在此基础上给出了基于状态转移矩阵识别的Kalman滤波定位算法，通过仿真可以证明，该算法较前一算法对定位精度略有提高。(4)在现有的实验室条件下，证明了三个锚节点成等边三角形放置能够获得最好的定位精度。并按照等边三角形的摆放原则进行定位实验，定位的结果是1．5米以内的累积概率占到了50％。因此，系统对中低定位精度用户具有一定的实用性。关键词：协同定位算法，室内定位，线性调频扩频技术，Taylor级数展开法，Kalman滤波，定位精度IIIWABS

8、TRACT