[發明專利]一種基于超寬帶室內導航定位系統

無效

• 申請號: 201310202649.7
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103281281A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 徐勁松;楊良勇;丁冬平;孫琴
• 申請（專利權）人: 安徽華東光電技術研究所
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B7/26
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 方榮肖

技術領域

本發明涉及一種定位系統，尤其涉及一種基于超寬帶室內導航定位系統。

背景技術

超寬帶(UWB-Ultra?Wideband)技術是近年來發展起來的一種無線電技術，因其特有的性能，能夠提供精確到1ns以下的測距信息，非常適用于室內定位系統的應用。基于超寬帶的導航定位技術是集通信、導航定位為一體的電子信息類集成與處理技術。

對室內定位系統的研究，已經有近30年的歷史，總結起來，室內定位系統依賴的技術主要有超聲波、紅外線等。超寬帶（Ultra?Wide?Band，UWB）技術以其傳輸速率高、發射信號功率小、信號功率譜密度低、抗多徑干擾性能強等特點，將超寬帶技術應用于室內定位系統中，能夠使系統在標識大小、功耗、造價、精度、實時性、通信能力以及可擴充性能等方面得到大幅度提升。美國、加拿大、英國等發達國家近年來投入了大量的人力和物力來對相關技術和產品進行研究和開發，相繼研發出了很多超寬帶室內定位產品，具有代表性的有美國Multispectral公司生產的PAL650超寬帶無線定位系統、美國AETHER?WIRE&LOCATION開發的Localizers室內定位系統、英國Ubisense公司研發的超寬帶室內定位系統。在國內，許多高校與科研機構在超寬帶通信系統方面已經開展了階段性的研究工作，基于UWB的室內導航定位系統尚屬首創，許多研究還處于起步階段，相關技術與國外還有一定的差距。上述系統均采用脈沖調制方式，脈沖成形難度大，抗室內多徑能力弱，實際應用時存在一定的局限性。

發明內容

本發明提出一種基于超寬帶室內導航定位系統，其適用于基于UWB的導航定位系統的建立與實施，尤其適用于超寬帶的室內導航定位系統的建立與實施。

本發明是這樣實現的，一種基于超寬帶室內導航定位系統，其包括移動接收機以及三個以上的發射機，每個發射機作為基站并具有一個固定發射端，該移動接收機包括移動接收端和系統控制模塊，三個以上的固定發射端通過各自的發射天線發射超寬帶信號，該移動接收端的接收天線捕獲和跟蹤該超寬帶信號，該系統控制模塊根據該超寬帶信號進行相關、解調模塊運算，最終解算出該移動接收機的接收點位置；其中，在固定發射端，該發射機采用PRN序列產生輸入信號，輸入信號信源編碼和信道編碼后，再由快速傅立葉反變換（Inverse?Fast?Fourier?Transform，IFFT）產生基帶調制信號，基帶調制信號加上補零后綴（ZPS）經數模變換(Digital-to?Analog?Conversion，DAC)形成基帶模擬信號，最后將基帶模擬信號調制中心頻率為3.432GHz的載波上去，形成該超寬帶信號，并通過該發射機的發射天線發送出去；在移動接收端，該移動接收機的接收天線接收到該超寬帶信號經過帶通濾波器和低噪聲放大器（LNA）后，進行下變頻處理，經模數變換（ADC）得到基帶數字信號，對基帶數字信號進行同步和信道均衡處理，采用與固定發射端相反的處理程序最終得到發射端原始信息。

作為上述方案的進一步改進，用戶在t_U,i時刻接收到基站i在t_S,i時刻發射的信號，t_U,j時刻接收到基站j在t_S,j時刻發出的信號，其中Δt_GPS,Si、Δt_GPS,Sj、Δt_GPS,U分別表示基站i、基站j、用戶的時間與外部標準時間的偏差，則

基站i所發射信號到達用戶的時間為TOA：(t_U,i+Δt_GPS,U)-(t_S,i+Δt_GPS,S,j)；

基站j所發射信號到達用戶的時間為TOA：(t_U,j+Δt_GPS,U,j)-(t_S,j+Δt_GPS,S,j)；

則基站i、基站j所發射信號到達用戶的時間差（TDOA）表示為：(t_i-t_j)=((t_U,i+Δt_GPS,U)-(t_S,i+Δt_GPS,S,j))-((t_U,i+Δt_GPS,U)-(t_S,j+Δt_GPS,S,j))???（1）式；