超宽带室内定位算法综述
UWB超宽带室内定位方案介绍
刷新频率：0~10Hz 防雨：可防雨（充电口加塞）
精度：典型精度≤30cm
设设备备稳稳定定性性强强
防水
防尘
防雷
耐低 温
防爆
耐高 温
IP67，Ingress Protection，支持最高等级的防尘（6级， 灰尘禁锢：尘埃无法进入物体整个直径不能超过外壳的空 隙）。
IP67，Ingress Protection，支持次高级的防水功能（7级，防 短时浸泡：常温常压下，当外壳暂时浸泡在1M深的水里将 不会造成有害影响）。
基站进行测距定位。
7
UWB定位原理（TOA)
4个已知坐标的基站为一组，实现三 维定位； 标签进入定位区域后，按照分配的 时间和顺序，依次与基站进行测距； 距离信息通过有线/无线网络上传到 服务器，实现位置实时跟踪。
Time of fly
Time of fly
Time of fly
Time of fly
基站：4个，A2是主基站，A1,A3,A4 是从基站，发送时钟同步帧。 标签：1个，发送Blink帧。 CLE运行在PC上。
10
较大系统的基站布局(TDOA)
11
应用场景基站布置
空旷场所80米布一个基站，如果 有阻隔，需要重新布至少三个基 站。
12
UWB定位系统框图
有线数据网络 无线定位网络
定位服务器
UWB定位原理（TDOA)
TDOA，Time Difference of Arrival，通过测量被测标签(B)与已知位置基站 (P1,P2,P3)间的报文传输时间差，计算出距离差；计算出被测标签的位置。需要已知 位置基站间时钟同步。
P1
P1 P2
超宽带(UWB)无线定位技术
摘要随着无线通信技术的高速发展，人们对无线通信系统的要求日益提高，超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术凭借其高速率的数据传输、极低的功耗以及其精准的定位等性能，逐渐成为无线通信领域研究的一个热点，受到了广泛的关注。
本文首先介绍了超宽带（UWB）技术的历史背景及其定义和特点。
其次针对超宽带（UWB）的原理及其波形进行了研究和探讨。
然后论述了超宽带（UWB）的调制与接收，并主要分析了PPM-TH-UW，PAM-DS-UWB，MB-OFDM-UWB这三种调制方式。
最后本文重点介绍了超宽带（UWB）的无线定位技术，首先是对其发展和定义进行了概述，其次分别介绍了超宽带无线定位的参数及其几何模型，重点对UWB定位中TOA 的算法进行了研究，最后通过仿真对定位算法的实现做出了验证并得到了重要结论。
关键词：超宽带（UWB），无线定位技术论文类型：理论研究性Title：Ultra-wideband(UWB)wireless positioning technologyMajor：Communications technologyName：XXXX Signature:Supervisor：XXXX Signature:AbstractWith the rapid development of wireless communication technology, the wireless communication system of the increasing demand, ultra wideband (Ultra-Wideband, UWB) technology by virtue of its high data rate, low power consumption and its precise positioning performance, has become the field of wireless communication research a hot spot, has received the widespread attention.This thesis first introduces the ultra wideband (UWB) technology to the historical background and the definition and characteristics of. Secondly, ultra wideband (UWB) principle and waveform are studied and discussed. And then discusses the ultra wideband (UWB) modulation and receiving, and primary analysis of PPM-TH-UW, PAM-DS-UWB, MB-OFDM-UWB the three modulation methods. Finally, this thesis introduces the ultra wideband (UWB) wireless positioning technology, first of its development and definition are outlined, followed by introduces UWB wireless positioning parameters and geometry model, focus on the localization of UWB TOA algorithm is studied, finally through the simulation of positioning algorithm to verify and obtained important conclusion.Key words:ultra wideband (UWB), wireless positioning technology.Type of thesis:theoretical research目录第一章超宽带（UWB） (3)1.1 UWB技术的发展 (3)1.2 UWB的定义 (3)1.3 UWB的技术特点 (5)第二章UWB的原理及其波形 (6)2.1 UWB的原理 (6)2.2 UWB信号的产生 (6)2.3 UWB信号的波形 (6)2.1.1 UWB信道模型 (6)2.1.2高斯脉冲信号 (7)第三章UWB的调制和接收 (9)3.1 UWB典型调制方式 (9)3.1.1 PPM-TH-UWB (9)3.1.2 PAM-DS-UWB (10)3.3.3 MB-OFDM-UWB (11)3.2 UWB信号的接收 (12)3.2.1无多径时AWGN信道的最佳接收机 (13)3.2.2多径信道的Rake接收机 (14)第四章UWB无线定位系统 (17)4.1引言 (17)4.2无线定位技术 (17)4.2.1无线定位的概述 (17)4.2.2 UWB无线定位的参数 (19)4.2.3 UWB无线定位的几何模型 (24)4.3 UWB定位中TOA估计算法 (28)4.3.1 TOA估计的信号模型 (29)4.3.2 基于TOA位置估计算法 (31)4.4 LSE仿真实验及其结果分析 (33)4.5 本章小结 (37)总结 (38)致谢 (39)参考文献 (40)第一章超宽带（UWB）1.1 UWB技术的发展对超宽带（UWB，Ultra-Wideband）无限技术（简称UWB技术）的起源众说纷纭，从目前的学者研究工作来看大约可以追溯到20世纪50年代末和60年代初。
室内定位几种算法概述
室内定位几种算法概述一.室内定位目的和意义随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。
但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。
因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。
这些室内定位技术从总体上可归纳为几类，即GNSS技术(如伪卫星等)，无线定位技术(无线通信信号、射频无线标签、超声波、光跟踪、无线传感器定位技术等)，其它定位技术(计算机视觉、航位推算等)，以及GNSS和无线定位组合的定位技术(A-GPS或A-GNSS)。
由于在室内环境下对于不同的建筑物而言，室内布置，材料结构，建筑物尺度的不同导致了信号的路径损耗很大，与此同时，建筑物的内在结构会引起信号的反射，绕射，折射和散射，形成多径现象，使得接收信号的幅度，相位和到达时间发生变化，造成信号的损失，定位的难度大。
虽然室内定位是定位技术的一种，和室外的无线定位技术相比有一定的共性，但是室内环境的复杂性和对定位精度和安全性的特殊要求，使得室内无线定位技术有着不同于普通定位系统的鲜明特点，而且这些特点是户外定位技术所不具备的。
因此，两者区域的标识和划分标准是不同的。
基于室内定位的诸多特点，室内定位技术和定位算法已成为各国科技工作者研究的热点。
如何提高定位精度仍将是今后研究的重点。
二. 室内定位技术的国内外发展趋势室内GPS定位技术GPS是目前应用最为广泛的定位技术。
当GPS接收机在室内工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减，定位精度也很低，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。
uwb定位技术
uwb定位技术UWB定位技术，即Ultra Wideband定位技术，是一种基于超宽带技术的定位技术，可以在室内和室外实现高精度的空间定位。
本文将详细介绍UWB定位技术的原理、应用领域以及发展前景等相关内容。
UWB定位技术利用超宽带信号，通过发射连续的多频率、多脉冲的短时信号，实现对信号传播的时延测量，从而实现对目标位置的定位。
相比传统的定位技术，UWB具有以下几个重要特点。
首先，UWB具有高精度的定位能力。
UWB信号的带宽较宽，可以达到几个GHz甚至更宽的范围，这使得信号的时延测量精度可以达到纳秒级甚至更高。
同时，UWB信号的多径传播特性也可以通过信号处理算法进行有效的抑制，提高定位的精度。
其次，UWB定位技术适用于室内环境。
由于UWB信号的频谱覆盖范围较宽，可以穿透建筑物、固体物体等障碍物，从而实现室内环境下的定位需求。
这对于一些需要在室内进行精确定位的应用场景，如室内导航、智能家居、室内安防等具有重要的实际意义。
此外，UWB定位技术还具备抗干扰能力强的特点。
由于UWB信号的带宽较宽，信号与其他窄带信号的频率隔离较大，因此具有较强的抗干扰能力。
这使得UWB定位技术在复杂的电磁环境下，如高密度无线通信网络覆盖区域等，仍然能够保持较高的定位精度和稳定性。
目前，UWB定位技术已经在多个领域得到了广泛的应用。
在室内导航领域，UWB定位技术可以利用其高精度的定位能力，为用户提供精确的室内导航服务，辅助用户进行室内位置的识别和导航。
同时，UWB 定位技术还可以在智能家居领域发挥作用，通过对用户位置的准确掌握，实现对家居设备的智能控制和管理。
此外，UWB定位技术还可以应用于室内安防领域。
通过对目标位置的准确定位，可以实现对入侵者的精确定位和追踪，提高安防系统的警戒能力和反应速度。
同时，UWB定位技术还可以在工业自动化领域中，通过对设备和工件的定位，提高生产效率和管理水平。
未来，随着5G、物联网等技术的发展，UWB定位技术有望在更多领域实现广泛应用。
超宽带室内定位原理及TDOA定位算法
１概 述
随着 科 技 的发 展 与 进 步 ， 全球卫星定位系统（ Ｇ Ｐ Ｓ ） 已 经 可 以在 室外提供稳定 、 精确 的定位导航服务 ， 但 在室 内或者有 障碍物遮 挡 情况下， Ｇ Ｐ Ｓ因其信号穿透能力较差而无法实现精确 的室内定位服 务， 因此 室 内定 位 成 为定 位 导 航 领 域里 的 “ 最后 一 公 里 ” 问题 。再 加 上近年来短距离无线通信和移动网络技术 的迅速发展催生 了市场 对高精度室 内定位 的强烈需求 ， 所 以， 如何实现稳定 、 可靠的室内定 位 逐渐 成 为 行业 内关 注 的热 点 。 为解决室内定位这一难题 ， 国内外研究人员尝试 了红外传播技 术、 ＷＬ Ａ Ｎ技 术 、 超声 波技术射频识 别技术 （ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ） 、 蓝 牙技 术 、 ｚ ｉ ｇ — Ｂ ｅ ｅ 技 术 等 。但 受 限于 作 用距 离 、 交互性能、 定位 精 度 、 抗 干扰 能 力 、 功 耗 以 及 成 本 等 条 件 ，这 些 室 内定 位 技 术 都 没 能 广 泛 推 广 应 用 开 来。超宽带（ ｕ ｗＢ ） 技术是一种无载波通信技术 ， 其具有的抗 干扰能 力能强 、 安全性好 、 穿透能力强 、 传输速率高 、 系统容量大 以及功耗 非常低等优点使其为室内定位技术提供 了另一种可能。 ２ 超 宽带 室 内定位 原 理 根据美 国联邦通信委员会（ Ｆ Ｃ Ｃ） 的定 义 ， Ｕ ＷＢ是指相对带宽
其中ｆ Ｈ 和ｆ Ｌ 分别表示该信号一 ｔ ０ ｄ Ｂ带宽的高 、低频率 ， 为 中 心频率 。
参考 节点 （ Ｒ ｅ ｆ ） 参考节 点 （ Ｒ ｅ ｆ ）
Ｊ √ （ 一 ） ＋ （ ｙ — Ｙ ｚ ） 一 √ （ 一 五 ） ＋ （ ｙ — Ｙ １ ） ＝ ｃ （ 一 ）
超宽带技术的定位原理（转载）
超宽带技术的定位原理（转载）超宽带技术的定位原理：通过布设基站在室内(外)，携带标签在定位⽬标上；标签发射超宽带信号，基站接收信息并通过⽹线或WIFI⽹传输到交换机与服务器，在服务器软件中运⽤TODA和AOA定位算法进⾏位置解算，实时显⽰全局标签位置。
定位标签可以在各个单元⾃由⾏⾛，通过定位平台软件分析，将定位⽬标真实地以虚拟动态三维效果显⽰出来。
UWB信号带宽很⼤，接收多径容易分离，抗衰落性能好，能够实现很⾼的定位精度，⽐较适合室内定位场景。
Ubisense公司研发了基于超宽带信号的发射、接收模块。
室内定位⾯临复杂的传播环境,房间结构设计各异、建筑材料不同都会导致信号的传播损耗随着环境的变化⽽产⽣较⼤的起伏。
通常情况下室内障碍物众多，信号传播会经历发射、绕射、折射和散射,导致密集多径接收，信号幅度、相位和到达变化较⼤。
UWB接收器接收标签发射的UWB信号后过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声⼲扰，得到含有效信息的信号，再通过中央处理单元进⾏测距定位计算分析。
Ubisense超宽带技术的算法：Ubisense 7000定位系统运⽤TODA（信号到达时间差）和AOA（信号到达时间⾓度）混合定位算法，通过信号到达的时间差、⾓度，利⽤双曲线交叉来定位。
AOA法：AOA算法能测量未知点和参考点之间的⾓度并计算⽬标的位置。
超宽带定位系统通过多个基站测量从定位⽬标最先到达接收机的信号的到达⾓度，从⽽估计出定位⽬标的位置。
如果区域内的障碍物⽐较少，则可以利⽤AOA算法获得较⾼的定位精度，但是如果定位区域内的障碍物⽐较多，那么就要考虑多径效应的影响。
TDOA法：当超宽带定位使⽤AOA⽅法来计算时，由于多路径效应和接收机天线的限制，往往需要较多的传感器同时⼯作，这样会增加系统的应⽤成本。
⽽利⽤TOA/TDOA联合定位算法，可以减少同时⼯作的传感器数量，并且获得待定位⽬标的三维坐标。
Ubisense超宽带系统的组成：Ubisense超宽带室内定位系统包括三个组成部分：电池供电的活动标签（Ubisense tag），能够发射UWB信号来确定位置；位置固定的传感器（Ubisense Sensor），能够接受并估算从标签发送过来的信号；软件平台（UbisenseiLocateTM），能够获取、分析并传输信息给⽤户和其它相关信息系统。
dw1000 室内定位方案
一、简介DW1000是一种基于超宽带技术的室内定位方案。
它以其高精度、低功耗和高可靠性而被广泛应用于室内定位领域。
本文将介绍DW1000的原理和应用场景，以及相关的开发和部署流程。
二、DW1000原理DW1000室内定位方案基于超宽带通信技术，通过发送和接收非常短的脉冲信号来实现定位功能。
它具有以下特点：1.高精度：DW1000能够实现亚米级的定位精度，适用于对定位精度要求较高的场景，如物流仓储、智能家居等。
2.低功耗：DW1000采用了优化的通信协议和节能的设计，有效降低了能耗，延长了设备的使用寿命。
3.高可靠性：DW1000采用了跳频技术，可以有效避免信号干扰和多径效应，提高了数据传输的稳定性和可靠性。
三、DW1000应用场景DW1000室内定位方案适用于各种室内环境下的定位场景，包括但不限于以下几个方面：1. 物流仓储在物流仓储领域，DW1000可以用于货物的准确定位和追踪。
通过在货物上搭载DW1000模块，可以实时监测货物的位置信息，提高物流效率和准确性。
2. 智能家居DW1000可以应用于智能家居领域，实现室内设备的自动定位和控制。
用户可以通过智能手机或者其他设备，实时监测和控制家居内的各种设备，提升生活便利性和舒适度。
3. 车辆定位在车辆定位领域，DW1000可以用于实时并准确地追踪车辆的位置信息。
这对于物流和汽车租赁公司来说非常重要，可以提供更精细化的车辆管理和调度服务。
4. 赛事定位在体育赛事和娱乐活动中，DW1000可以应用于选手或者观众的定位。
通过在选手或者观众身上搭载DW1000模块，可以实时追踪其位置信息，提供精确的比赛成绩或者导航服务。
四、DW1000开发流程下面是使用DW1000进行室内定位开发的一般流程：1.购买DW1000模块和开发板，并准备开发环境。
2.搭建测试环境，包括配置测试场景和部署节点。
3.进行硬件连接，将DW1000模块与开发板连接，并确保连接正确。
4.进行软件开发，编写适用于DW1000的驱动程序和应用程序。
基于超宽带通信技术的室内定位算法设计
基于超宽带通信技术的室内定位算法设计超宽带通信技术是一种高带宽，低功耗，短距离的无线通信技术，随着智能手机、物联网设备的普及，以及室内定位需求的增加，超宽带通信技术被广泛应用于室内定位系统中。
室内定位是指在封闭的室内环境中确定目标物体或人员的位置，为室内导航、监控、安防等应用提供重要支持。
然而，由于室内环境的复杂性以及信号传播过程的多样性，实现精准的室内定位仍然是一个具有挑战性的问题。
因此，成为了研究的热点之一。
本文旨在探讨基于超宽带通信技术的室内定位算法设计的相关研究现状和发展趋势，通过对现有算法的分析与比较，提出一种更加高效准确的室内定位算法设计方案，为实际应用提供参考。
首先，我们将从超宽带通信技术的基本原理和特点入手，介绍其在室内定位中的优势和应用前景。
超宽带通信技术采用非连续波形传输数据，具有较高的带宽和抗干扰能力，能够实现高精度的距离测量，因此在室内定位领域具有独特的优势。
其次，我们将综述目前广泛应用于室内定位的算法，包括基于信号强度的指纹定位算法、基于时间差测量的TOA、TDOA算法、基于角度估计的AOA算法等。
这些算法各有优劣，适用于不同的应用场景，但在复杂的室内环境中存在定位误差较大、计算复杂度较高等问题。
接着，我们将提出基于超宽带通信技术的新型定位算法设计，主要包括以下几个方面的创新点。
首先，利用超宽带通信技术的高精度距离测量能力，结合地图匹配算法，实现目标物体的精确定位。
其次，利用传感器融合技术，将加速度传感器、陀螺仪等传感器数据与超宽带信号数据进行融合处理，提高定位精度和鲁棒性。
最后，在算法优化方面，提出一种基于深度学习的定位算法设计方案，利用神经网络对复杂的室内环境进行建模学习，提高定位算法的智能化水平。
最后，我们将通过实验验证和性能分析，对提出的基于超宽带通信技术的室内定位算法设计进行评估。
通过与传统算法进行比较实验，验证所提算法在定位精度、计算效率等方面的优势。
同时，对算法的实际应用场景进行测试，验证其在不同环境下的适用性和稳定性。
uwb定位方法
uwb定位方法
UWB（Ultra-wideband）定位方法是一种室内定位技术，利用
超宽带无线信号传输技术来实现高精度室内定位。
其原理是通过发送一系列具有极短脉冲宽度和高峰值功率的无线信号，然后接收和处理被目标物体反射、散射或传播的信号。
根据信号的时间差和幅度差，可以计算出目标物体与参考节点的距离和方向，从而实现定位。
UWB定位方法的优点包括高精度、高抗干扰性、高可靠性等。
它可以达到厘米级甚至亚厘米级的定位精度，适用于室内环境下的各种定位场景，如室内导航、室内跟踪、室内定位等。
常见的UWB定位方法包括基于到达时间（Time of Arrival, TOA）的定位、基于时间差（Time Difference of Arrival, TDOA）的定位、基于接收信号强度指示（Received Signal Strength Indicator, RSSI）的定位等。
这些方法可以单独或结合使用，以提高定位的准确性和稳定性。
在实际应用中，UWB定位方法主要由硬件设备和算法两部分
组成。
硬件设备包括UWB芯片、天线、参考节点等，用于发
送和接收UWB信号。
算法部分涉及信号处理、距离测量、定
位算法等，用于计算目标物体的位置。
总而言之，UWB定位方法是一种利用超宽带无线信号传输技
术实现高精度室内定位的技术，具有很大的应用潜力。
基于UWB的室内定位技术综述
基于UWB的室内定位技术综述本文旨在综述基于UWB（超宽带）技术的室内定位技术，介绍其现状、发展趋势、原理、算法和精度评估方法，并探讨其应用前景和研究方向。
UWB技术是一种利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据的无线通信技术，具有高带宽、低功耗、抗干扰能力强等优点。
在室内定位中，UWB技术通过测量信号传输时间差来实现位置定位。
室内定位技术是指通过无线信号、传感器、图像识别等技术，在室内环境中实现目标物体的位置定位。
根据定位原理，室内定位技术可分为基于测距的定位技术和基于非测距的定位技术。
其中，基于测距的定位技术包括TOA、TDOA、AOA等，基于非测距的定位技术包括指纹库定位、基于场景分析的定位等。
在室内环境中，UWB技术具有较高的定位精度和稳定性，是一种有效的室内定位技术。
UWB技术在室内定位中具有以下应用场景和优势：室内精确定位：UWB技术通过测量信号传输时间差，可以实现厘米级的室内定位精度，适用于工厂、仓库、医院等需要高精度定位的场所。
人员跟踪与定位：UWB技术可以用于人员跟踪与定位，实现智能监控、紧急救援等功能。
例如，在医院病房中，可以通过UWB技术对医护人员进行实时跟踪和定位，以便在紧急情况下快速找到医生。
物联网应用：UWB技术可以与其他无线通信技术相结合，实现物联网应用中的定位功能。
例如，在智能家居中，可以通过UWB技术对智能设备进行精确的定位和控制。
然而，UWB技术在室内定位中也存在一些挑战和限制。
UWB信号容易受到多径效应和噪声干扰，这可能导致定位精度的下降。
UWB技术在室内的覆盖范围相对较小，这限制了其应用场景。
UWB技术的硬件成本较高，这也限制了其广泛应用。
为了提高UWB室内定位技术的精度和稳定性，可以采取以下措施：引入多天线技术：通过在发射端和接收端使用多个天线，可以有效地减小多径效应和噪声干扰，提高信号的接收质量。
优化信号处理算法：针对UWB信号的特点，可以开发针对性的信号处理算法，以减小多径效应和噪声干扰对定位精度的影响。
超宽带定位有哪几种常用的算法(三种方法详解)
超宽带定位有哪几种常用的算法（三种方法详解）
超宽带定位是一种非常先进而且精准的技术，可以满足现在各种远距离无线通信的需求。
在使用具有优势的超宽带定位技术时，要想获得精确的定位就要使用合理的算法，那么有哪些常见的超宽带定位算法呢？下面小编来为大家简单的介绍几个常见算法。
超宽带定位有哪几种常用的算法1、RSS法
超宽带定位在使用RSS算法的时候可以通过测量节点间的能量来估计目标与接收机之间的距离，由于接收信号的强度与传播的距离成反比，因此，距离的估算可以通过发射信号的强度和接收信号的强度利用衰减模型繁衍得到。
超宽带定位的这种算法操作简单，而且成本也很低，但是在计算时需要考虑多径衰弱和阴影效应的影响。
2、AOA法
AOA算法能测量未知点和参考点之间的角度并计算目标的位置。
超宽带定位系统通过多个基站测量从定位目标最先到达接收机的信号的到达角度，从而估计出定位目标的位置。
如果区域内的障碍物比较少，则可以利用AOA算法获得较高的定位精度，但是如果定位区域内的障碍物比较多，那么就要考虑多径效应的影响。
3、TOA/TDOA法
当超宽带定位使用AOA方法来计算时，由于多路径效应和接收机天线的限制，往往需要较多的传感器同时工作，这样会增加系统的应用成本。
而利用TOA/TDOA联合定位算法，可以减少同时工作的传感器数量，并且获得待定位目标的三维坐标。
TOA即“到达时间”，这种方式定位是通过Anchor和Tag之间的多次通信实现的，如下图：
1、Anchor首先发给Tag一个包，同时记录下Anchor当前的时间信息，记为T1。
2、Tag收到基站的信息，返回一个ACK。
OFDM-UWB超宽带室内定位系统(接收同步算法)
26
OFDM-UWB超宽带室内定位系统
系统接收机同步算法——时域联合同步算法
噪声与频偏干 扰同时存在时 联合同步算法 的性能
符号定时同步: 频率偏移 Δf:2.487*105 Hz、信噪比:15dB
27
OFDM-UWB超宽带室内定位系统
• 则可检测NF－1个不同范围内的载波小数频偏量：
( NFFT NS
F 2
)
，( N FFT
2* NS
F 2
)
，……，
( NFFT F ) (N F 1) N S 2
16
OFDM-UWB超宽带室内定位系统
系统接收机同步算法——时域联合同步算法
➢ 符号定时联合同步
• 采用单滑动窗口中数据与接收机本地存储数据相 关判决的方式；
系统接收机同步算法——同步偏差对性能的影响
• 保护间隔与符号定时起止时刻关系
3
OFDM-UWB超宽带室内定位系统
系统接收机同步算法——同步偏差对性能的影响
➢ 载波同步偏差的影响
• 当采样时钟偏差以及符号定时偏差均为零，只存 在载波偏差与相位偏差时的接收信号：
R S e j[ 2 ( fc fc ) kTS ]
接
④ 载波捕获:小数频率偏移估计
收 机
时域联合同步算法
同
步
算 法
⑤ 载波跟踪:载波频率偏移估计
频域同步 算法
⑥ 载波跟踪:载波相位偏移估计 ⑦ 采样同步:采样定时同步
⑧ 采样同步:采样间隔同步 6
OFDM-UWB超宽带室内定位系统
系统接收机同步算法——SC算法
无法满足 定位系统 对于同步 算法性能
UWB室内定位系统的三种定位算法
UWB室内定位系统的三种定位算法UWB（Ultra-Wideband）室内定位系统是一种利用超宽带技术实现高精度室内定位的技术方案。
它通过发送连续的窄脉冲信号来测量信号的往返时间，并利用多个参考节点进行信号传播路径的分析，以实现高精度的室内定位。
在UWB室内定位系统中，常用的三种定位算法有：距离测量算法、时间差测量算法和角度测量算法。
1.距离测量算法：距离测量算法是基于UWB系统发射器和接收器之间的信号传输时间来计算物体与参考节点间的距离。
首先，发送器发射一个窄脉冲信号，接收器接收到信号后，通过测量信号传输的时间来计算物体到参考节点的距离。
通过多个参考节点的距离测量，可以得到物体的位置。
距离测量算法的优点是简单易实现、计算量较小，但其依赖于准确的传输时间测量，对硬件要求较高。
另外，由于多径效应和信号衰减的存在，距离测量算法在室内环境中的精度可能会受到一定的影响。
2.时间差测量算法：时间差测量算法是通过测量UWB信号到达不同参考节点的时间差来计算物体的位置。
当物体接收到信号后，信号会在多条路径上传播到达不同的参考节点，通过测量不同传播路径上信号到达的时间差，可以计算出物体与参考节点之间的距离差，从而确定物体的位置。
时间差测量算法相对于距离测量算法更加准确，对环境的影响较小。
但其需要精确的时间同步以及准确测量多个参考节点接收到信号的时间差，因此对硬件和算法的要求较高。
3.角度测量算法：角度测量算法基于UWB信号在传播路径上的角度变化来计算物体的位置。
通过测量信号到达不同参考节点的相位差，可以计算出信号传播路径的角度，进而确定物体的位置。
角度测量算法通常需要利用多个天线阵列来接收信号，并进行相位差的计算。
角度测量算法具有较高的精度和稳定性，对环境的影响较小。
但相比于距离测量算法和时间差测量算法，角度测量算法的实现复杂度较高，对硬件和算法的要求也较高。
综上所述，UWB室内定位系统常用的三种定位算法是距离测量算法、时间差测量算法和角度测量算法。
基于超宽带技术(UWB)的室内定位系统
基于超宽带技术的室内定位系统近年来，随着近距离无线电技术的高速发展和无线局域网技术的进步，使得室内定位技术突飞猛进。
在开阔的室外环境中，全球定位系统 GPS 提供了非常精确的定位信息，与此同时，人们对室内定位信息的需求也与日俱增，机场、展厅、写字楼、仓库、地下停车场、监狱、军事训练基地等都需要使用准确的室内定位信息，对可用空间和库存物资实现高效的管理。
超宽带技术作为近年来新兴发展起来的一种无线电技术，因其特有的性能，能够提供精确的室内位置信息，非常适用于室内定位系统的应用。
美国、加拿大、日本等发达国家近年投入了大量的人力、物力对相关技术和产品进行研究和开发。
我国正处于信息产业发展的关键时期，应该抓住机遇，争取在室内定位系统这个有着极大现实意义和广阔应用前景的领域有所突破。
1 室内定位系统典型的室内定位系统大致包括标识、接收机、控制中心等主要部分。
标识带有发射电路，附在需要定位的个人或物体上，配置惟一的标识码，发射信号给接收机。
接收机安装在建筑物的四周或天花板上，多个接收机相互连接，组成网络。
控制中心处理各个接收机得到的数据，通过信号处理、数据融合对标识进行定位，其跟踪系统可以利用标识不同时刻传回的定位信息绘制运动轨迹，推测其未来的运动趋势，还可根据标识所在的区域，查询已知的资源分布图，帮助用户找到所需的设备。
目前，有多种无线技术可以进行室内定位，包括室内GPS、RFID、IR、WLAN、Bluetooth 以及 UWB，它们都是利用定位网络，通过接收到的信号参数，根据特定的算法对个人或者物体在某一时刻所处的位置进行测量。
在应用精度上大致可以分为两类，一类是目标发现(Finding Applications)，它不需要获得非常精确的位置坐标或者物体的特性，仅需要知道被定位目标的有无或者所在的区域；另一类是“智能空间”应用(Smart Space)，它可以提供非常高的定位精度并能实时监控。
本文将从现有的室内定位算法和技术两方面进行介绍。
基于超宽带技术的室内定位研究
基于超宽带技术的室内定位研究近年来，随着智能家居、无人驾驶等各种应用场景的不断涌现，室内定位技术的需求也日益增加。
而随着超宽带（UWB）技术的快速发展，它被认为是一种非常适合室内定位的技术。
本文将重点阐述基于超宽带技术的室内定位研究相关的方向、技术以及未来的发展趋势。
一、超宽带技术简介超宽带技术（Ultra-Wideband，简称UWB）是一种用于无线通信的传输技术，它具有带宽大、能量低、抗多径干扰等特点。
UWB技术是指使用带宽非常宽的信号，例如10亿赫兹以上的信号。
UWB在传输时的能量非常小，从而能够避免对其他无线信号的干扰。
同时，UWB技术非常抗干扰，在多径干扰（即信号经过不同路径形成相位差），以及噪声干扰（即电磁波的干扰或射频信号的干扰）方面都有非常好的表现。
二、基于超宽带技术的室内定位研究现状随着物联网、智能家居等新型应用的兴起，对于室内定位技术的需求也与日俱增。
而基于超宽带技术的室内定位研究也成为了研究热点之一。
目前，UWB技术主要应用于以下方向：1. 资产追踪超宽带技术在资产追踪方面有较高的应用价值，可以用于仓库、工厂等地方的室内定位。
在现代仓库大规模自动化发展的背景下，精确的资产追踪和定位显得愈发重要。
2. 身份验证借助UWB技术，可以开发一种无需触摸就能够完成身份验证的系统。
例如，一些高安保等级的场所，如核电站、政府机关等，可以采用UWB技术进行安全防范。
3. 精确定位在室内环境中，通常采取摆渡信号模型（Fingerprinting）来定位。
而采用UWB技术可以在室内60平方米左右的空间内精确定位。
三、基于超宽带技术的室内定位研究展望基于超宽带技术的室内定位研究虽然已经取得了较为显著的成果，但仍有着很多待解决的问题。
1. 安全性问题在UWB定位技术中，设备通过发出短暂的无线波，可以快速地完成定位操作。
但该无线波同时也可能会被黑客利用，导致安全隐患。
为了加强UWB定位技术的安全性，研究人员需要继续深入探讨这一问题。
超宽带室内定位算法综述
２０１８２２７．１
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电借
不 同的定 位方法 。在现有 的 ＵＷＢ 定位 系 统 中，
（３）抗干 扰 能力强
存 在 多 种基 于测 距 的定 位 方法 。每 种 定位 方 法 都
在超 宽 带系 统 中，系 统发 送 的脉 宽 极 窄的 冲
对 应着 多种 不 同的解 算 定位 的算法 。如何 提 高 定 激 脉 冲 占据 了非常 宽 的带 宽 ，使 得 ＵＷＢ 信 号 抗
位 精 度 以满 足 不 同环 境 下 的 定 位 需 求 ，一 直 是 窄带 干扰 的能 力很 强 。ＵＷＢ 系统采 用 冲激 脉冲 调
ＵＷＢ无 线定位 技术 的重 点［ 。
制和 跳 时编 码调 制 ，克 服 了系统 本身 的相互 干 扰
本 文 首先 介绍 了 ＵＷＢ 定 位模 型 的建立 ，然 且 具 备 了多址 功 能 。
１ 引言
近 年 来 ， 随着 无线 定位 技术 的快速 更 新 ， 各
的优 点【１］，使得 当其 被应 用 到无 线定 位 系统 中 时 ， 在 定 位 精 度 上 有 着 其 他 定 位 技 术 无 法 比拟 的优 势 ，成 为 目前短距 离 无线 定位 的 可靠选 择 ＿Ｊ Ｊ。
种 基 于 移动 定 位 的应 用 如 目标 追踪 、环 境监 测 、
Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｕｌｔｒａ—－ｗｉｄｅｂａｎｄ ｉｎｄｏｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｓ
ＺＨＡＯ Ｈｏｎｇｍ ｅｉ，ＺＨＡＯ Ｊｉｅｌｅｉ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＬｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ
综 述
超 宽带室 内定位算法综述