基于超宽带-UWB-技术的无线定位系统的研究概要.doc

(完整word)基于超宽带_UWB_技术的无线定位系统的研究概要(完整word)基于超宽带_UWB_技术的无线定位系统的研究概要(完整word)基于超宽带_UWB_技术的无线定位系统的研究概要基于超宽带(UWB技术的无线定位系统的研究3陈学卿133高凡2马伟朕31,3桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林5410042桂林航天工业高等专科学校电子工程系，广西桂林541004摘要文章介绍了超宽带定位技术的特点和优点,研究了超宽带无线用于室内定位的定位方式，并对现有的超宽带室内无线定位网络协议进行了分析,最后阐述了超宽带室内定位系统的主要问题和发展方向.关键词超宽带；信号强度分析法；到达角度定位;到达时间定位；到达时间差定位;协议中图分类号:TN925193文献标志码：A文章编号：1009—1033（200804—0015—02除了全球定位系统（GPS:GlobalPositioningSystem在室外环境的定位应用外,人们对室内定位、短距离测距等应用不甚了解。未来无线定位技术的趋势是通过室内定位与室外定位相结合,实现无缝的、精确的定位.现有的网络技术还不能完全满足这个要求，而由于超宽带（UWB:Ul2traWide—Band技术具有功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位等优点，基于UWB的定位技术在众多无线定位技术中脱颖而出,成为未来无线定位技术的研究热点［1］.1超宽带定位技术超宽带（UWB技术是一种全新的、与传统通信技术有着极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有GHz量级的带宽。美国FCC对超宽带定义为,任何-10dB相对带宽大于0.2或者绝对带宽大于500MHz的信号都是超宽带信号。表达式如下[2］:fH-fLfC〉20%（或者总带宽大于500MHz式中，fH,fL分别为功率较峰值功率下降10dB时所对应的高端频率和低端频率；fC为载波频率或中心频率。常用的无线定位技术［3］包括红外线、超声波、射频信号等,但都不适合室内定位。红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰,在精确定位上有局限性；超声波受多径效应和非视距传播影响很大,不能用于室内环境；而射频信号普遍用在室外定位系统中,应用于室内定位存在局限。利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大、定位导航信号免费；缺点是定位信号到达地面较弱，不能穿透建筑物,因此不适合室内定位,此外定位器终端的成本较高。当前比较流行的WIFI（WirelessFideli2ty定位是IEEE802111的一种定位解决方案.目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低。但WIFI收发器只能覆盖半径90m以内的地理区域，很容易受到其他信号干扰，从而影响定位精度，并不十分可靠，而且定位器的能耗较高.蓝牙（BlueTooth技术应用于定位,与WIFI有很多相似之处,主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库;同样有定位误差不稳定、受噪声信号干扰大的缺点。UWB脉冲无线电技术具备了许多正弦载波通信技术无法比拟的优势，特别是UWB脉冲的宽度为纳秒级,占用带宽在1GHz以上,超宽带技术具有较高的时间分辨率和较强的穿透材料的能力。利用超宽带信号进行定位,采用TOA技术测距,理论上可以达到厘米级的测距精度，完全能够满足精确定位的需求。这种良好的性能为定位系统的设计提供了很好的支撑。2定位方式比较常用的无线定位方式有如下几种：信号强度分析法(RSS和到达角度定位法（AOA,到达时间定位法（TOA，到达时间差定位法（TDOA。2。1到达角度定位(AOA和信号强度分析法(RSSAOA通过获取被测点到两个接收机的信号到达角度进行定位，需要配置复杂的天线系统，且角度误差对定位精512008年第4期(总第52期桂林航天工业高等专科学校学报JOURNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY信息与电子工程333基金项目：国家自然科学基金(60472091作者简介:陈学卿（1977—,男，四川武胜人，桂林电子科技大学信息与通信学院硕士研究生,研究方向：超宽带室内定位技术。度的影响远比测距误差大。RSS则根据信号的传播模型,利用接收信号的强度与信号传播距离的关系,对目标进行定位。这种方法对信道传输模型的依赖性非常大,多径以及环境条件的变化都会使其精度严重恶化，特别是距离估计的精度与信号的带宽无关，不能发挥UWB带宽大的优势.所以，RSS和AOA方法一般不单独用于UWB测距,只能作为辅助手段进行初级粗定位,UWB实现精确定位主要依靠精密测距完成。2。2到达时间定位（TOA被测点发射信号到达3个以上的参考节点接收机，通过测量到达不同接收机所用的时间,得到发射点与接收点之间的