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基于线性调频信号的无线定位系统设计与实现

作　者: 武霄泳
导　师: 杨守义
学　校: 郑州大学
专　业: 计算机技术
关键词: 线性调频扩频技术 无线定位系统 定位精度 SDS-TWR LLOP
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 24次
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内容摘要


线性调频信号也称Chirp信号,是一种频率随时间线性变化的信号。其扩频技术工(CSS技术)工作在2.45GHz (ISM免授权频段)作为对UWB脉冲无线电技术的补充于2006年10月被纳入IEEE802.15.4a的物理层标准之一。CSS技术拥有较低的功率谱密度、良好的抗多径效应能力、超远的传输距离以及强大的测距能力等优点,因此CSS技术在无线定位领域有着可观的应用前景。本文主要研究基于线性调频信号的无线定位系统设计与实现。分析了线性调频扩频技术应用在无线定位领域的优势,比较了常用定位方案的优缺点,并结合工程应用特点选用了LLOP的定位算法及SDS-TWR的测距算法。以软件复杂度为牺牲,实现了线性调频信号无线定位系统标签节点低功耗的软硬件整体设计工作,使整个系统更加具有经济价值。经过系统测试得出的定位精度结果令人满意。对已完成的系统又进行了定位精度分析,在对测距实验数据的挖掘过程中发现了一个普遍现象。结合系统采用的SDS-TWR测距算法原理考虑实际因素并联系测距实验数据建立了适当的误差模型,通过分析找到了测距误差的主要来源。结合测距实验数据特性和误差来源特性对误差模型经行了进一步的分析化简工作,最终将真实距离的估计问题转变为一个数学模型。通过数学求解的方法得出了定位系统真实距离的最大似然估计值,并结合定位系统的跟踪性能对实际采样数据个数进行了合理的分析。对改进后的定位系统进行了测试,实验结果表明该方法显著提高了原有的定位效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 引言  10-14
  §1.1 课题研究背景及意义  10-11
  §1.2 线性调频扩频技术研究现状  11-12
  §1.3 课题的主要工作  12
  §1.4 论文的结构  12-14
第2章 线性调频扩频技术与定位技术简介  14-20
  §2.1 引言  14
  §2.2 线性调频扩频技术简介  14-17
  §2.3 常用定位方案简介  17-19
  §2.4 本章小结  19-20
第3章 系统的总体方案设计  20-26
  §3.1 引言  20
  §3.2 系统方案的总体设计思路  20-22
  §3.3 基于主动式的系统设计方案  22-23
  §3.4 基于被动式的系统设计方案  23-25
  §3.5 两种设计方案的比较  25
  §3.6 本章小结  25-26
第4章 系统的硬件实现  26-39
  §4.1 引言  26
  §4.2 系统硬件的选取与设计  26-31
    §4.2.1 硬件选取  26-29
    §4.2.2 硬件的设计  29-31
  §4.3 系统硬件的驱动设计  31
  §4.4 测距算法的硬件实现  31-34
    §4.4.1 SDS-TWR测距算法的基本原理  31-33
    §4.4.2 测距算法的硬件实现  33-34
  §4.5 总体系统方案的硬件实现部分  34-38
    §4.5.1 主控基站工作流程  35-36
    §4.5.2 从基站工作流程  36-37
    §4.5.3 标签节点工作流程  37-38
  §4.6 本章小结  38-39
第5章 系统的上位机实现  39-48
  §5.1 引言  39
  §5.2 上位机的系统设计  39-44
    §5.2.1 上位机的系统构架  39-40
    §5.2.2 基于MFC的界面设计  40-42
    §5.2.3 基于MSComm控件的串口通信设计  42-44
  §5.3 定位算法的软件实现  44-46
    §5.3.1 LLOP定位算法原理  44-45
    §5.3.2 定位算法的软件实现  45-46
  §5.4 上位机的软件工作流程  46-47
  §5.5 本章小结  47-48
第6章 系统测试与精度分析  48-60
  §6.1 引言  48
  §6.2 系统测试结果  48-52
    §6.2.1 线性调频信号产生实验  48-49
    §6.2.2 点对点测距实验  49-50
    §6.2.3 系统定位实验  50-52
  §6.3 测距精度分析与改进  52-59
    §6.3.1 测距实验现象  52-54
    §6.3.2 测距精度建模与分析  54-57
    §6.3.3 系统改进测试结果  57-59
  §6.4 本章小结  59-60
第7章 结束语  60-62
  §7.1 全文总结  60-61
  §7.2 未来改进的方向  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
附录  66-67
个人简历与研究成果  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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