基于超宽带和三边量测法的室内定位系统设计_刘欢笑1
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第
31
卷第
2
期
2018
年
4
月
镇 江 高 专 学 报
Journal of Zhenjiang College
Vol． 31 No． 2
Apr． ，2018
基于超宽带和三边量测法的室内定位系统设计
刘欢笑
（
江苏联合职业技术学院镇江分院 信息工程系
，
江苏 镇江
212016）
摘 要
：
针对
GPS
系统无法很好地提供室内位置信息服务的问题
，
结合超宽带技术测距精确度高的优势
，
提出一
种基于超宽带技术和三边量测法的室内定位方法
，
形成软硬件系统设计方案
。
利用超宽带技术获得高精确度的距
离信息
，
高
、
低性能微控制器搭配方式设计主控和位置解算模块
，
使用无线通信技术与网关实时交互
。
实验结果表
明
，
系统定位精确度高
，
可满足特定应用需求
。
关键词
：
室内定位
；
超宽带
；
三边量测法
；
位置服务
； GPS
系统
中图分类号
： TN929． 53
文献标志码
： A
文章编号
：1008 － 8148（ 2018） 02 － 0041 － 05
收稿日期
： 2017 － 09 － 26
作者简介
：
刘欢笑
（ 1983—） ，
女
，
江苏丹阳人
，
讲师
，
硕士
，
主要从事计算机应用研究
。
近年来
，
基于位置的信息服务
，
如基于
GPS
的
汽车导航
、
手机定位和追踪服务已广泛用于日常生
活
［1］
。
无线电信号非视距传播衰减的特性导致室
内和地下场所应用效果不佳
，
甚至无法使用
。
而人
们对室内定位系统却有较为强烈的实际需求
，
如无
人智能仓储管理系统
、
大型商场内的导航定位等
。
相较于室外应用
，
室内定位需要更高的精确度
，
但更加强烈的多径效应
（ Multi-path effect）
制约着精
确度
［2］
。
对此
，
一些研究者尝试利用图像运动捕获
技术弥补无线电测量的固有弱点
［3 － 4］
，
但有其他不
足
。
比如
，
需要较多摄像机将方位信息实时传送中
心计算机处理
，
存在部署时间长
、
作用距离有限
、
易
受外界亮度变化和其他光源干扰的问题
［5］
。
一些
研究者坚持无线电定位方法
，
如基于
ＲSSI（ Ｒeceived
Signal Strength Indicator）
的指纹法
、
基于距离的三边
量 测 法
、
基 于
AOA （ Angel of Arriving ）
的 方 法
等
［6 － 12］
，
利用新技术手段来提高系统精确度
。
对于
指纹法
，
较多研究基于
Wi-Fi
信号展开
，
通常需测量
大量微格区域内信号强度构建数据库
，
利用室内地
图和信号强度比对法确定目标位置
［6］
。
带宽只有
20 MHz，
对多径效应敏感
，
且信号不稳定
、
易受外部
干扰源干扰
［7 － 8］
。
使用聚类算法
、
惯导辅助等方法
能提高精确度
，
但尚未见满足应用需求的报道
［9］
。
基于
AOA
的方法需要配置多天线阵列
，
低频段天线
尺寸较大
，
软硬件系统实现困难
，
难以满足室内应用
需求
［9，12］
。
相对而言
，
三边量测法较传统
，
提高定位
精确度的逻辑简单
，
只需提高无线电测距的精确度
。
依据
Heisenberg
测不准原理
，
信号带宽越宽
，
其时域
脉冲越窄
，
峰值越集中
，
检测时受多径效应影响越
小
［13］
。
超宽带技术
（ Ultra Wide-band，UWB）
是一种
非正弦波窄脉冲无线通信技术
［14］
，
对多径效应具有
较强免疫能力
。
1
室内定位系统原理和构成
室内定位系统由模拟
GPS
卫星功能的锚节点
（ Anchor nodes ） 、
类接收终端的标签节点
（ Tag
nodes） 、
网关和显示终端组成
，
系统架构如图
1
所
示
。
标签位置由无线通信链路实时回传
PC，
或者结
合在线地图进一步处理后显示其运动轨迹
。
图
1
室内定位系统组成
三边量测法是一种利用相对距离进行交叉定位
·14·
艾法
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