邵換崢 劉奇付
【摘 要】GPS導(dǎo)航、中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航等室外導(dǎo)航系統(tǒng)無法滿足室內(nèi)無線定位的要求,基于事先布置的錨節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)與新加入的盲節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行定位的超寬帶室內(nèi)定位算法,以其自身的獨(dú)特優(yōu)勢被越來越多地應(yīng)用。文章分析了超寬帶室內(nèi)定位的幾種傳統(tǒng)算法并做了對比分析,給出了均方根誤差的性能仿真結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】超寬帶;定位;算法;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【中圖分類號】TN925 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688(2018)09-0075-02
0 引言
隨著科技的發(fā)展和移動互聯(lián)網(wǎng)的普及,GPS導(dǎo)航、中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航等基于衛(wèi)星的室外定位系統(tǒng)已深入我們的生活,但是室外定位基于衛(wèi)星系統(tǒng),無法應(yīng)用于室內(nèi)定位。隨著樓宇規(guī)模越來越大,如圖書館、商場、體育館、地下車庫、物品倉庫等區(qū)域急需成熟的室內(nèi)無線定位技術(shù),其具有很大的發(fā)展空間和廣泛的應(yīng)用范圍。
超寬帶定位算法在眾多室內(nèi)無線定位技術(shù)中,因其誤差小、功耗小、抗干擾、復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出,能夠滿足人們對新時代無線定位技術(shù)的需求。
1 超寬帶無線定位及其優(yōu)勢
超寬帶無線定位技術(shù)最早用于美國軍方,2002年后許可民用。我國在該領(lǐng)域的研究起步晚,但發(fā)展較快,雖然沒有進(jìn)行大規(guī)模的商用,但成績驕人,已被廣泛應(yīng)用于智能家居、智能交通、車載雷達(dá)、成像應(yīng)用、智能識別等民用領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)的無線定位技術(shù),超寬帶無線定位技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、分辨能力強(qiáng)、安全性高、保密性強(qiáng)、穿透能力強(qiáng)、定位精度高等優(yōu)勢。
2 超寬帶無線定位的基本原理
如圖1所示,超寬帶無線定位采用脈沖信號,由多個傳感器采用定位算法對標(biāo)簽位置進(jìn)行分析,通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行精確定位。常用的定位方法有依據(jù)信號強(qiáng)弱與信號傳播距離正相關(guān)關(guān)系的基于信號強(qiáng)度的定位方法、依據(jù)發(fā)射信號到達(dá)基站接收天線時的入射角度的基于信號到達(dá)角度的定位方法、依據(jù)等定位節(jié)點(diǎn)到參考基站的時延估計的基于到達(dá)時間的定位方法、基于到達(dá)多個參考基站的時間差的定位方法、混合定位方法等。
3 超寬帶室內(nèi)定位算法研究
依據(jù)不同的超寬帶定位的實(shí)現(xiàn)原理,在實(shí)際工程運(yùn)用中有許多不同的算法。
超寬帶室內(nèi)定位算法的基本模型如圖2所示,A、B、C是事先設(shè)置的錨節(jié)點(diǎn),依據(jù)未知待定位點(diǎn)d與參考基站間的不同參數(shù)來進(jìn)行定位。具體實(shí)現(xiàn)算法有很多種。
3.1 LS定位算法
因為網(wǎng)絡(luò)、時間延遲及信號干擾等原因,基站與參考定位節(jié)點(diǎn)間的距離計算會存在一定誤差,LS算法是解決這種偏差的簡單有效的定位算法。經(jīng)過計算,可以得出以下方程組:
3.2 Chan定位算法
在待定位節(jié)點(diǎn)與參考基站之間存在多個距離差值,依此構(gòu)造一個雙曲方程組,通過求解可以獲得定位點(diǎn)的具體位置。
這個方程的計算結(jié)果服從均值為0的高斯分布的假設(shè)下計算出來的,然而在實(shí)際應(yīng)用中受多種因素影響,計算結(jié)果的誤差較大。
3.3 Taylor定位算法
Taylor算法是一種基于初值的UWB定位遞歸算法。它通過遞歸來更新要定位的節(jié)點(diǎn)位置。因此,初始坐標(biāo)的選擇直接關(guān)系到Taylor定位算法的定位性能。一個良好的初始點(diǎn)可以使算法具有收斂速度快、計算復(fù)雜度低、定位精度好的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)使用Taylor算法定位時,我們通常只保留兩個以下的組件,然后遞歸,直到設(shè)置的錯誤閾值被停止。
4 超寬帶室內(nèi)定位算法仿真與分析
上述介紹的多種算法可以在MATLAB平臺上進(jìn)行仿真分析。通過分析,可以得出基站數(shù)量、信噪比、測距誤差等因素對定位精度的影響關(guān)系。通過多次仿真分析可以得出:均方誤差會隨著參考錨點(diǎn)基站數(shù)量的增加而下降,并最終趨于一個穩(wěn)定值;信噪比增加會使算法精度變好,但信號的信噪比很高時,對定位精度的影響幾乎為零;測距誤差服從標(biāo)準(zhǔn)差為0∶0.05∶0.4,均值為0的高斯分布。
5 結(jié)語
隨著室內(nèi)無線定位技術(shù)的迅猛發(fā)展,超寬帶室內(nèi)定位算法因其自身具備的優(yōu)點(diǎn)正被越來越多的專業(yè)人士所研究,本文做了簡單的研究,但仍有許多不足,以后將繼續(xù)努力。
參 考 文 獻(xiàn)
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