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UWB室内距离交会定位算法的研究与性能分析.docx
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2023-02-23
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UWB室内距离交会定位算法的研究与性能分析.docx
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摘要
在众多室内定位技术中,超宽带(ultra-wideband, UWB)技术以其极大的带宽、高时间分辨率、
高速数据传输等特点而备受关注,目前,UWB 超宽带定位技术已广泛应用于展厅、仓库、超市、
图书馆、矿井等环境中。针对基于超宽带室内距离交会定位原理的最小二乘算法及几何算法两种算
法的性能进行了实验与评估,不仅比较了平面定位精度,而且对比了两种算法的执行时间。实验结
果显示,在平面定位中,最小二乘算法具有更好的内、外符合精度,可以更为准确的估计移动目标
的位置信息;但几何算法在执行时间和计算效率方面有着显著的优势。
Abstract
Among indoor positioning technologies, UWB technology attracts much attention for
its great bandwidth, high time resolution, high-speed data transmission; and it has
been used in various environments, such as exhibition halls, warehouses,
supermarkets, libraries and mines. This paper studies and evaluates the
performance of the least squares algorithm and the geometric algorithm, comparing
the plane positioning accuracy, as well as the execution time. Experimental results
show that, the least squares algorithm has better internal and external precision in
plane positioning, and, can estimate the position of the moving target more
precisely. However, as for the execution time and calculation efficiency, the
geometric algorithm has a significant advantage.
译
关键词
室内定位; 超宽带技术; ML(maximum likelihood)算法; 距离交会; 最小二乘; 几何方法
Keywords
indoor positioning; ultra-wideband; ML(maximum likelihood) algorithm; distance
rendezvous; least squares; geometric algorithm
译
科技飞速发展的今天,人们对于位置服务的需求愈加强烈,在室外利用全球卫星导航系统(global
navigation satellite system, GNSS)可以实时确定自己的位置。但由于室内环境的复杂性及障碍
物的遮挡作用,无法利用 GNSS 技术获得高精度的室内定位结果
[1, 2]
。目前,室内定位技术主要有:
蓝牙(bluetooth)定位技术、WiFi 定位技术、ZigBee 技术、超宽带技术(ultra-wideband, UWB)
等。其中,UWB 是一种在极大带宽上进行数据传输的无载波通信技术,具有高数据率、穿透力强
等特点,能获得分米级的定位结果,是众多室内定位技术中较为重要的技术之一
[3, 4]
。
UWB 技术在时域的高分辨率能力,为无线定位提供了一种极好的手段,其定位的基本机制包括:
基于到达角度(angle of arrival, AOA)、基于到达时间(time of arrival, TOA)、基于到达时间差
(time difference of arrival, TDOA) 以 及 基 于 到 达 信 号 强 度 (received signal strength,
RSS)
[5]
等。由此学者们提出了大量的 UWB 定位算法。如文献[6]提出 Fang 算法,通过线性化双
曲线方程估计目标的位置,原理简单,能够得到基于距离差的最优解,在视距(line of sight, LOS)
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