基于UWB的小区域目标跟踪技术的研究

作     者：刘钰洁 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱书波

授予年度：2016年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：室内跟踪 UWB TOA 距离变化率 EKF 

摘      要：与传统意义上的目标定位技术相比,无线传感器网络可以实现目标的更高精度的定位。因此本文是在WSN的基础上,对小区域目标定位跟踪技术进行研究的。目前应用最多也是我们最常听说到的定位方法是GPS,无论是在军事还是日常生活上。但是由于像矿井、医院、大坝底部控制室等室内的封闭小区域信道环境复杂,GPS定位已经不再合适。因此需要我们研究新的适合这种类似场所的定位跟踪技术。为了实现在室内等小区域的高精度定位跟踪,本文提出了一种采用距离/距离变化率定位算法的跟踪系统,主要完成了以下几方面工作:(1)研究分析几种常见的短距离无线通信技术,对比分析其各自优缺点后最终采用UWB技术;通过研究分析几种常用的无线定位算法,用TOA定位算法实现目标定位;通过研究几种常用数据融合技术,选用适合动态目标跟踪的KF/EKF方法。(2)研究讨论LS模型的定义,并通过Matlab仿真对其算法进行算法性能分析,通过不断增大测距噪声来研究其对噪声的敏感程度及定位精度。(3)对于基于位置的UWB无线定位算法,首先研究其滤波模型设计,然后通过Matlab仿真对其算法进行性能分析。通过增大测距噪声来对比分析LS模型和位置算法对噪声的敏感程度和两种算法的定位精度。(4)在研究基于距离的UWB无线定位算法时,首先进行滤波模型设计,说明本文采用的EKF方程,其次通过Matlab仿真对其算法进行性能分析。算法性能分析主要是从不同测距噪声下LS模型、位置算法以及距离算法的敏感程度入手,根据仿真数据分析三种算法的定位精度及稳定性。(5)重点研究本文提出的采用距离/距离变化率的UWB无线定位算法。首先说明该模型的定义;其次对该算法的滤波模型进行设计;再通过构造该模型的能观性矩阵对其进行能观性分析;最后在Matlab仿真环境下对其进行性能分型,性能分析主要从不同测距噪声下的算法敏感程度方面着手。在进行性能分析时,通过Matlab仿真数据和仿真图综合对比分析以上四种模型的定位精度和稳定性,得出采用距离/距离变化率的UWB无线定位算法性能优于传统定位算法的结论。