基于UWB-MEMS的高精度室內(nèi)定位技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的GPS在室外可以取得良好的定位效果，然而其信號(hào)無(wú)法穿透建筑物，在室內(nèi)難以有效發(fā)揮定位功能。為了解決室內(nèi)環(huán)境下的定位問(wèn)題，出現(xiàn)了諸如紅外線、藍(lán)牙、超聲波和RFID等技術(shù)，但上述幾種定位技術(shù)無(wú)論在定位精度還是系統(tǒng)功耗等方面并不能令人滿意。在此背景下，本文系統(tǒng)研究了超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)定位技術(shù)和基于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System，MEMS)傳感器的定位技術(shù)，并嘗試將

2、兩者融合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的導(dǎo)航定位。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴深入分析了UWB信號(hào)機(jī)制、定位原理及影響UWB定位精度的關(guān)鍵因素，著重探討了UWB傳感器布設(shè)方案和UWB信號(hào)穿透性與定位精度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：傳感器采用方形拓?fù)洳荚O(shè)時(shí)，定位區(qū)域中心的定位精度高于邊緣區(qū)域；傳感器越多，定位精度越高，但當(dāng)傳感器達(dá)到一定數(shù)量后繼續(xù)增加傳感器個(gè)數(shù)對(duì)定位精度貢獻(xiàn)不大；穿透性方面，UWB信號(hào)對(duì)常見(jiàn)的室內(nèi)材料如木材、玻璃、塑料等具有較強(qiáng)的穿透

3、性，而對(duì)于鐵材料的穿透性幾乎為零，同時(shí)人體對(duì)UWB信號(hào)有較強(qiáng)的干擾和吸收作用。⑵系統(tǒng)研究了基于運(yùn)動(dòng)模型的航位推算。在對(duì)比分析傳統(tǒng)步態(tài)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于加速度量測(cè)幅值的步態(tài)檢測(cè)方法，針對(duì)檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的干擾步數(shù)，提出了有效的剔除方案。實(shí)驗(yàn)表明在剔除干擾步數(shù)后的計(jì)步準(zhǔn)確率可以達(dá)到100％；在實(shí)時(shí)步長(zhǎng)確定時(shí)，采用基于步頻-步長(zhǎng)模型，其相對(duì)誤差在10%以下，可以滿足航位推算的要求；在判斷行人航向時(shí)，將角速度短時(shí)積分作為行人航向是否發(fā)生

4、有效變化的判別條件，不僅可以減小角速度不斷積分出現(xiàn)的累積誤差，又可以規(guī)避利用磁力計(jì)測(cè)角易受磁質(zhì)干擾的弊端。⑶結(jié)合UWB與MEMS航位推算的優(yōu)勢(shì)，將UWB定位技術(shù)與基于MEMS的航位推算技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境下的導(dǎo)航定位，解決了單一定位方式不連續(xù)和不穩(wěn)定問(wèn)題。當(dāng)UWB信號(hào)受到干擾無(wú)法完成定位時(shí)，利用航位推算進(jìn)行臨時(shí)輔助定位；同時(shí)，當(dāng)UWB能夠準(zhǔn)確定位時(shí)又可以對(duì)航位推算出現(xiàn)的累積誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，一定程度上消除了累積誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，融合了