UWB 无线定位技术比较.doc

如果您需要更多论文可以到/week114进行免费查阅。 - - PAGE 1 - UWB 无线定位技术比较 杜谦 武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉（430070） E-mail: HYPERLINK mailto:duqiann@163.com duqiann@163.com 摘 要： UWB（超宽带）定位技术具有功耗低、抗多径效果好、抗干扰能力强、安全性高、 穿透能力强、定位精度高等众多特点，正逐渐成为未来无线定位技术中极具潜力的技术，具 有十分广阔的应用前景。文中对无线定位的原理进行了探讨，对常见的无线定位技术进行了 归类，对影响定位精度的主要因素进行了分析研究，对 UWB 系统中的各种定位准确性技术 评价指标进行了分析对比，重点就 UWB 最常用的 TOA,TDOA 定位技术、定位算法及其性 能评价指标进行了对比分析。 关键词：UWB；无线定位；TOA/TDOA；比较分析 中图分类号：TN929.5 1. 引言 无线定位技术在航空航天、移动通信网络、智能交通、地质勘探、战场定位等领域有着 广泛的应用。 UWB（超宽带）定位技术具有功耗低、抗多径效果好、抗干扰能力强、安全性高、穿透 能力强、定位精度高等特点，正逐渐成为未来无线定位技术的热点，具有十分广阔的应用前 景。 目前关于无线定位技术及方法有很多种，研究主要集中在三个方面：定位精度、定位的稳定 性、定位技术的可实现性。这些研究成果各有其侧重点，很多定位方法是在某一个方面的改 进。本文就无线定位技术、定位算法及其性能评价进行归类，重点就 UWB 常用的 TOA,TDOA 定位技术、定位算法及其性能评价指标进行了对比分析。 2. UWB 无线定位技术比较 2.1 常见无线定位技术 依照定位采用的信号的不同，无线定位技术可分为：红外线、超声波、射频信号。红外 线适合短距离传播，其穿透性差，容易被室内的灯光干扰，定位精度不高；超声波受多径效 应和非视距传播影响较大，不适合用于室内环境；射频信号普遍用于室外定位系统中，应用 于室内定位存在局限性。 依照现有的无线定位采用的系统及方案的不同，无线定位系统的种类可分为：卫星定位 系统（GPS 全球卫星定位系统、GLONASS 格洛纳斯卫星定位系统、Galileo 伽利略卫星定 位系统、北斗卫星定位系统）；地面无线电定位系统（蜂窝网无线定位系统、Wi-Fi 定位解 决方案、蓝牙定位解决方案、UWB 定位解决方案等）。 依照进行定位估计位置的主体的不同，可将定位方案分为[1]：基于移动台的定位、基于 网络的定位和混合定位。基于移动台的定位过程是移动台（MS，Mobile Station）利用接收 到的多个已知位置的基站（BS，Base Station）发射信号携带的与移动台位置有关的特征信 息，再由 MS 根据有关定位算法定出 MS 的估计位置。基于网络的定位过程是由多个固定位 置 BS 同时检测 MS 发射的信号，网络根据有关的特征信息进行定位，并将结果送 MS。 2.2 无线定位的基本原理 依照所检测的特征测量值的不同，可以将基本的定位方法分成四种：基于场强测量的定 位方法、基于传播时间测量的定位方法、基于信号到达角度的定位方法以及混合定位方法[2]。 1) 基于场强测量的定位方法（RSSI， Received Signal Strength Indicator）是利用接收 信号强度与 MS 至 BS 距离成反比的关系，通过测出接收信号的场强值、己知的信道衰落模 型及发射信号的场强值估算出 MS 与 BS 之间的距离，根据多个距离值即能估计出 MS 的位 置，如图 1 所示。 目标位置 MS + BS2 BS1 + + BS3 图 1 基于场强测量的定位方法示意图 2）基于传播时间测量的定位方法通过测出电波从发射机到接收机的传播时间，就可以 知道它们之间的距离。从而，可以通过某种方法算出未知点的估计位置。基于信号传播时间 的定位方法又可以分为基于信号到达时间(TOA, Time of Arrive)和信号到达时间差(TDOA, Time Difference of Arrive)两种定位方法。 (1)基于信号到达时间的定位法(TOA) TOA 定位原理：信号在空间是以光速 c 传播，测量 MS 与两个（或多个）BS 间的信号 的传输时延，从而分别得出 MS 与 BS 之间的估计距离，以各 BS 位置为圆心，以 MS 与该 BS 的距离为半径画圆，可得到两个（或多个）圆，这些圆的交点理论上就是 MS 的位置， 如图 2 所示。 TOA 要求 BS 在时间上精确同步，否则将影响定位精度。在实际中由于多径干扰、噪 声干扰，上述圆并不相交于一点，而是一个区域。故 TOA 定位技术在实际应用中受限。 目标位置 MS  B