ir uwb无线传感器网络精确toa测距定位研究-research on precise toa ranging and positioning in ir uwb wireless sensor network.docx

)(原理工太学硕士研究生学位论文Localizers室内定位系统[lOl;美国Ubise公司也研制了Unbise室内定位系统[111;而Sapphire系统[12J则是MultispectralSolutions公司目前研制月发的一种UWB室内定位系统。这…系统目前已经投入运营。于此同时，世界其他国家如日本、荷兰、新加坡等也都发现了UWB的发展前景，也都相继进行UWB系统的研究开发工作[叫。UWB技术在我国起步较晚，目前才刚刚受到人们的广泛重视。当前，我国也非常积极的投入到对UWB技术的研究当中，为了更快的赶上、超越国外研究的步伐，目前我国信息产业部的在无线电方丽的管理机构也在积极谋划，与国外先进的UWB公司厂商等加强交流合作，努力争取为我国的UWB市场可以尽可能旱的UWB技术规则和管理机制。2001年9月初，我国开始加强对UWB通信技术的关注，在国家863计划项目之中，我国第一次将UWB通信和UWB通信技术巾的共存和兼容等问题作为下一阶段我国无线通信领域重要研究开发的项目，同时极力支持我罔研究人员、学者等都投入到这个方面的研发之中。对IR-UWB理论的研究工作开始TScholtz在1993年发布的一篇关于使用冲激脉冲来实现跳0，1调制的论文[14J中，在这之后对于IR-UWB的研究也开始被人们运渐地重视起来[15.17).美国的联邦通信委员会(FCC)对IR-UWB信号进行重新的定义(i8J、同时IEEE802.15.3a标准工作组在信道棋型的标准化过程小也做了大量工作，从而也极大的推动了UWB技术的不断向前发展IWle目前，在WSN的研究卅发巾，很多系统都是采用传统的使用E娃载坡的无线通信来进行信号的传输。此时，只有美国军方最先发现lR喃UWB的巨大优势，率先开始IR-UWB无线传感器网络的研究。这种应用，可以解决目前WSN发展中由于使用正张无线电从而在在的很多无法解决的难题，肉此，这种结合具有非常美好的发展前景。美国Multispcctral公司目前研究H发了一种基于UWB技术的无线定位系统，这一系统的PAL(Precision八ssetLocation)是650，该系统拥有很高的瞬时带宽，最高可达400MII:，其工作的主要被段是L波段。这个系统主理作方式为在参考节点处进行UWB信号的检测，检测所使用的仪器为λ极管检测器，边过检测能够完成在复杂的多径环挠中提取首达路栓的脉冲信息，然后再使用1K化计算来得出未知节点的坐标。具体方lk为在未知节点出设晋一个能够发送极知陈冲的丘射器，该脉冲的最大功率设为0.2侧，其周期数设置为5s，发射信息的数据包氏40bit日，功率均值是-79dB/MH7，。该功率值甚至ttFCC组织对功率的规定值更低大约:38dB。目前对j占一系统进行的试验阶段已经取得成)s:.原理工大学硕士研究生学位，论文功，可以在LOS条件下40000平方英尺的范围内使用，而且定位精度达剑1:英尺，其在某一位置处具有的刷新频率为1Hz。该系统的定位终端仅有纽11]大小，电池的寿命达4年。该系统在大型的集装箱货物的环境中可以达到非常高的定位精度，但是，在较为小型的货物的定位中，却难以取得较好的效果，目前，这一系统已开始进入商用化阶段。Win和SchoJt等研究人员研究了一种最大似然(ML)检测的算法，该算法在多径环境情况干有很好的效果[20];Cramer等人在目前已有的CLEAN算法的基础上提出了新的超宽带信道模型[1剖，这种信逅模型包含了TOA、AOA等主要参数信息;Joon-YongLee等科学家提出了一种在超宽带链路的距离范围内一种TOA测距方法[21]。在超宽帘的定位系统的研究开发中，绝大多数都是基于天线的WSN网络，Tomas.G.Pratt等人则研究出将阵列天线技术与UWB定位技术相结合的方法，这种方法可以改善NLOS环境下的定位性能，而且扩展了在信噪比较低的情况下的定位区域i2lLIEEE802.15.4a标准化组织[22]提出了一种在辐射、功艇、成本都很低的情况下的具有很好精度的祖1]距定位功能的要求.IR-UWB具有能够精确定位等很多方面的潜力，也l此被视为在lEEE802.15.4a巾具有非常关键作用的新增功能，而且UWB的使用被认为是改善系统NLOS特性的关键。同时IEEE802.15.4a组织也开始了对速率很低的无线个域网络迸行标准化等的研究工作，这种工作主要集中在物理层。谣项研究主要针对的问题是如何能够在不消*l很多功率的基础上可以实现很高的通信质量，而且可以为人们提高具有很高精度的定位系统。为了达到这一目标，UWB技术正是这一研究中重要的备选方案，而基于IR-UWB的WSN网络也被作为重要的研究备选方案。目前，在我国基于lR-UWB的WSN的定位技术的研究仍然很少，而且大都处于学习以及试