[發(fā)明專利]一種基于超寬帶定位技術(shù)的無線定位系統(tǒng)及快速傳動方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810604871.2
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108882147A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘艷如;劉華役;藍如師;羅笑南
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務(wù)所有限責任公司 45112
• 代理人: 陸夢云

本發(fā)明公開了一種基于超寬帶定位技術(shù)的無線定位系統(tǒng)及快速傳動方法，包括中央處理器模塊和分別與中央處理器模塊相連的主動觸發(fā)模塊、喚醒模塊、超帶寬射頻模塊、獲取模塊、計算模塊及電源管理模塊。本發(fā)明快速傳動方法，解決了包括TOA估計的精度及復(fù)雜度問題、非高斯噪聲及惡劣環(huán)境下TOA估計的魯棒性問題、多信號共存下的多址干擾問題、密集多徑NLOS環(huán)境下定位的有效性和精度問題等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超寬帶定位技術(shù)，具體是一種基于超寬帶定位技術(shù)的無線定位系統(tǒng)及快速傳動方法。

背景技術(shù)

隨著人類社會的不斷發(fā)展，人們對無線通信的要求也在不斷提高，新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(例如，WiFi、ZigBee、藍牙、超寬帶(Ultra Wide Band，簡稱UWB)技術(shù))在辦公室、家庭、工廠等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而UWB無線定位技術(shù)由于具有功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、實時性、可擴展性等優(yōu)點，具有極高的時間分辨率，以及可以達到厘米級的定位精度，已成為未來無線定位技術(shù)的熱點，并被視為下一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在現(xiàn)有技術(shù)中，UWB定位可通過測距和測向來完成，常用的方法包括飛行時間(TOF)方法、接收信號強度(RSS)方法、到達角度(AOA)方法、到達時間/到達時間差(TOA/TDOA)方法等。其中，通過TOF方法測距要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備必須始終同步，接收設(shè)備提供信號的傳輸時間長短；TOF方法采用時鐘偏移量來解決同步問題；RSS方法依賴路損模型，精度與節(jié)點間距有關(guān)，對信道環(huán)境極為敏感，魯棒性不強；AOA方法需測量UWB信號到達角度，對基站天線的要求高，從而增加了定位系統(tǒng)中的設(shè)備成本；相比而言,TOA/TDOA方法以多徑到達時延估計理論為基礎(chǔ)，最能體現(xiàn)UWB信號時間分辨率高的特點。然而使用TOA定位要求雙方必須是時鐘同步的，因此在實際的UWB定位系統(tǒng)中，TDOA是一種可行的方式，定位雙方無需時鐘同步，但該定位方法還存在發(fā)射信號延遲及要求基站同步的問題。

在現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)射信號延遲時間的計算難度較大，因此通常根據(jù)經(jīng)驗值來將其設(shè)置成固定參數(shù)，但在實際使用中由于環(huán)境因素、溫度、硬件制版等影響，使發(fā)射信號延遲時間的實際值不同，導(dǎo)致測量精度不準，最后造成定位出現(xiàn)偏差；而各基站之間的時間不統(tǒng)一，會產(chǎn)生較大的時間偏差，進而也會影響定位的精度。為實現(xiàn)高精度的定位，基站之間需達到納秒級的時間統(tǒng)一，大大增加了基站成本。

無線通信在日常生活中扮演著越來越重要的角色，無線通信和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，與位置的服務(wù)顯得越來越重要，目標位置信息的準確獲取一直是無線定位領(lǐng)域研究的核心問題。目標定位具有廣泛的軍事和民間用途，包括戰(zhàn)場命令和控制、消防、道路交通警戒、移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中資源定位、無線區(qū)域定位，及傳感器網(wǎng)絡(luò)中定位等諸多領(lǐng)域。

脈沖無線電(IR：Impulse Radio)超寬帶信號采用功率譜密度極低和脈沖寬度極窄的基帶脈沖來攜帶信息，具有傳輸速率、低截獲概率、低功耗、低成本等特點，未來短距離無線高速數(shù)傳最有潛力的信號技術(shù)。基于脈沖的超寬帶信號具有非常高的時間和空間分辨率，能夠提供高精度的距離測量，定位精度可以達到厘米級，具有將精確測距與定位和低速通信相結(jié)合的能力。UWB信號具有極強的穿透障礙物的能力，且采用極窄脈沖體制的UWB技術(shù)還具有對惡劣多徑環(huán)境的魯棒性，其適合在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用。因此，IR UWB成為高精度無線區(qū)域定位中的首選技術(shù)，能夠滿足未來區(qū)域定位系統(tǒng)對信號共存、高精度、非視距、低功耗、低成本等諸多要求。