浅谈UWB室内无线定位技术

yyqadmin 2019-07-24 11:31 技术学堂

 

浅谈UWB室内无线定位技术

浅谈UWB室内无线定位技术

 

技术背景

随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高,基于位置的服务成为最有前途的互联网业务之一。无论移动在室内还是室外环境下,快速准确地获得移动终端的位置信息和提供位置服务的需求变得日益迫切。通信和定位两大系统正在相互融合、相互促进。利用无线通信和参数测量确定移动终端位置,而定位信息又可以用来支持位置业务和优化网络管理,提高位置服务质量和网络性能。所以,在各种不同的无线网络中快速、准确、稳定地获取移动位置信息的定位技术及其定位系统已经成为当前的研究热点

无线定位技术领域可分为广域定位和短距离无线定位,广域定位可分为卫星定位和移动定位;短距离定位主要包括WLAN、RFID、UWB、蓝牙、超声波等。当前应用的主要无线定位技术与无线定位测量方法的关联状况如下图:

 

浅谈UWB室内无线定位技术

浅谈UWB室内无线定位技术

无线定位技术与定位测量方法关联示意图

 

与室外环境相比,在室内环境中感测位置信息并且需要非常可观的精度是极具挑战性的,部分原因是各种物体反射和信号的分散导致。而UWB(Ultra WideBand)是室内定位领域的一项新兴技术,与其他定位技术相比,它具有更好的性能,更高精度,更适用于室内定位。

UWB定位技术概述

UWB超宽带技术与传统通信技术有极大的差异,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。超宽带室内定位可用于各个领域的室内精确定位和导航,包括人和大型物品,例如贵重物品仓储、矿井人员定位、机器人运动跟踪、汽车地库停车等。

超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分精确的定位精度。但是成本比较昂贵,网络部署复杂。

室内环境中的常用无线定位测量方法

无线定位测量方法是指分析接收到的无线电波信号的特征参数,然后根据特定算法计算被测对象的位置(二维/三维坐标: 经度,纬度,高度)。

常用的室内无线定位测量方法如下:

基于AOA(Angle of Arriva, 到达角度定位)的定位算法基于TOA(Time of Arriva, 到达时间定位)的定位算法基于TDOA(Time Difference of Arriva, 到达时间差定位)的定位算法基于RSS(Received Signal Strength, 接收信号强度定位)的定位算法混合定位不同的算法,定位的精度也不同。为了提高定位的精度,也可以采用多种技术的组合。

基于AOA的定位算法

AOA定位是通过基站天线或天线阵列测出终端发射电波的入射角(入射角是光源与法线的夹角),从而构成一根从接收机到终端的径向连线,即方位线。利用两个或两个以上AP接入点提供的AOA测量值,按AOA定位算法确定多条方位线的交点,即,为待定终端的估计位置。

 

浅谈UWB室内无线定位技术

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AOA定位测量方法

 

基于TOA的定位算法

TOA技术是指由基站向移动站发出特定的测距命令或指令信号,并要求终端对该指令进行响应。基站会纪录下由发出测距指令到收到终端确认信号所花费的时间,该时间主要由射频信号在环路上的传播时延、终端的响应时延和处理时延、基站的处理时延组成。如果能够准确地得到终端和基站的响应和处理时延,就可以算出射频信号的环路传播时延。因为无线电波在空气中以光速传播,所以基站与终端之间的距离可以估算出来。当有三个基站参与测量时,就可以根据三角定位法来确定终端所在的区域。

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