超宽带室内定位

几种方法比较： （1）取不同的节点数：
已知节点n
结论: 可以看出混合算法 TOA/RSSI在定位精 度上有一定的优势， 无论是在可利用节点 数较少的情况下还是 在可利用节点多的情 况下。在可利用节点 数较少 的情况下， TDOA的定位精度要 高于TOA的定位精 度，在已知节点数大 于6时，TOA的定位 精度较好。RSSI是 基于信号强度来进行 定位的，其性能不如 基于时间测量的方法。
✓ 基于到达角的定位（AOA） 基于到达角的算法也称三角测量，是通过测量仪来计 算位置，只要测量出目标节点距离两个基站的信号到达角度，就能够确定其位置。
✓ 基于信号特征强度的定位（RSSI） 已知发射节点的信号强度，由接收节点根据收到 的信号强度来计算出信号的传输损耗，再利用理论和经验模型蒋传输损耗转化为 距离，然后计算出节点的位置。
提供极高的信道容量，达到Gbps以上的传输速率，或者在很低的信噪比下，以
一定的传输速率实现可靠传输。
（3）低成本，低功耗
（4）信号衰减小，穿透能力强
（5）定位精度高
6、保密和安全性能好
超宽带信号的功率谱密度非常小，淹没在环境 噪声和其他信号中，同时又具有极宽的带宽， 很难被基于频谱搜索的侦测设备检测到。
至今 2002年 1973年
1960年提出
5.UWB应用
UWB雷达（探地地雷、反恐穿墙雷达） 雷达、探测
➢超宽带依赖于极微弱的、与雷达中所使用的 相近的基带窄脉冲，具有很强的穿透能力， 能穿透树叶、墙壁、地表、云层等障碍，辨 别出障碍物后隐藏的物体或运动着的物体， 测距精度的误差只有一两厘米。
➢可以应用在：穿墙雷达、安全监视、透地探 测雷达、工业机器人控制、监视和入侵检测、 道路及建筑检测、贮藏罐内容探测等。
• 定位技术的两个步骤：测量物理量→根据物理量确定目标位置
• 常见定位技术：
✓ 基于距离的定位（ToA） 基于到达时间的测量是依据信号的单程传播时间来计算待 测节点和信号发射机之间的距离。
✓ 基于距离差的定位（TDoA） 一般采用终端将两个已知节点收到的信号进行互相关 处理来计算目标节点和已知节点间的距离。
2.超宽带的特点
(1)共存性能好
超宽带技术可以与现有的其他通信系统共享频谱。超宽带通信使用的频谱范围 从3.1GHz到10.6GHz，频谱宽度高达7.5GHz，通过发射功率的限制，避免了 对其他通信系统的干扰。
（2）信道容量大，传输速率高
香农信道容量公式
C
B
log
(1 S 2
/N)
超宽带信号占有数百兆赫兹（MHz）甚至几吉赫兹（GHz）带宽，理论上可以
✓1个主控中心（另有1个备用）
境
✓4个专用地面天线 ✓6个专用监视站
•用户设备部分
•缺点
✓启动时间长 ✓室内信号差
✓GPS接收机
✓需要GPS接收机
（2）蜂窝基站定位
•GSM蜂窝网络
✓通讯区域被分割成蜂窝小区 ✓每个小区对应一个通讯基站 ✓通讯设备连接小区对应基站进行通讯
•利用基站位置已知的条件，可对通讯设备进行定位
测距,定位
➢超宽带信号在户内和户外都可以提供精确地 定位信息，在军事和民用上都有广泛的应用。
➢例如在敌方领土上营救人员，儿童搜寻，寻 找丢失的宠物和行李，跟踪、搜索和解救人 员，定位贵重的物品的位置，家庭无线个人 网，无线Ad Hoc网，高速数据传输 ，等等
6.主流的无线定位系统
•卫星定位：GPS •蜂窝基站定位 •无线室内环境定位 •新兴定位系统：A-GPS，网络定位
（1）卫星定位
各国的卫星定位系统
•美国：GPS •俄罗斯：GLONASS •欧盟：伽利略 •中国：北斗一号（区域）、北斗二号（全球）
GPS是目前世界上最常用的卫星导航系统。
GPS：系统结构
主要优缺点
•宇宙空间部分
•优点
✓24颗工作卫星
✓精度高
•地面监控部分（全部在美国境内）
✓全球覆盖，可用于险恶环
同时超宽带系统可以采用多种扩频多址方式， 包括：跳时扩频、跳频扩频、直接序列扩频等， 在接收端必须采用与发射端一致的扩频码才能 正确的解调数据，这使得使非合法用户很难获 取合法用户的传输信息，系统的安全性和保密 性非常高。
4.UWB的发展
应用到民用领域
FCC开放频带 第一个专利被授予 最早美国提出
基于超宽带的室内定位
1.超宽带的定义
• 2002年4月，美国联邦通信委员会(FCC)发布 了民用UWB设备使用频谱和功率的初步规定。 规定中将相对带宽大于0.2或在传输的任何时 刻带宽大于500MHz的通信系统称为UWB系统。
• FCC对UWB系统所使用的频谱范围规定为3.110.6GHz，发射机的有效各向同性发射功率不 得高于-41.3dBm/MHz。
签放置在带定位物体上。通过读写器天线发射和接收射
频信号来达到定位目的。优点是数据量大，保密性好抗干 扰能力强。但是其作用距离短，不具有通信性不便于与其 他系统的集成。
• 超宽带定位技术（UWB）
3.与其它短距离无线技术的比较
名称
定位精度（米） 可靠性
成本
安全性
蓝牙技术
2m-5m
中
高
低
无线局域网 1m-3m
•优点
✓不需要GPS接收机，可通讯即可定位 ✓启动速度慢 ✓信号穿透能力强，室内亦可接收到
•缺点
✓定位精度相对较低 ✓基站需要有专门硬件，造价昂贵
（3）室内定位系统
• 蓝牙定位技术（Bluetooth）
蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合 推出的一项无线网络技术。蓝牙的传输距离为10cm～ 10m。它采用2.4GHzISM频段和调频、跳频技术，速率为 1Mbps。
• 无线局域网定位系统（WLAN）
基于无线局域网的定位系统也是一种基于无线信 号强度的定位方法。在无线局域网标准802.11中， 无线访问节点和无线网卡都可以测量无线信号强 度。
• 射频识别定位技术（RFID）
射频识别技术利用双向通信交换数据来达到识别及定位的 目的。射频识别定位需要将具有唯一 电子标码的射频标
中
低
低
射频识别
1m-20m
低
低
Hale Waihona Puke Baidu
中
超宽带
0.1-1m
高
低
高
超宽带室内定位原理
超宽带信号的带宽 范围是3.110.6GHZ，从图中 知，信号的带宽越 宽其定位效果越好
SNR(dB) 图 --信噪比-均方误差
定位系统的原理框图：
• 定位技术的关键：
– 有一个或多个已知坐标的参考点 – 得到待定物体与已知参考点的空间关系