CSS无线定位跟踪系统的设计与实现

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电子科学技术的进步带动了电子测量技术的迅速发展,其中电子定位技术的研究已经从军事、航天等领域逐渐推广到了商业生产以及民用领域,研究重点也已经从测量的可行性、测量精度转移到了测量灵活性、经济成本等问题上。本文则主要是对应用于日常生活中的定位技术进行研究。首先,本文在对现有主要定位技术进行研究分析的基础上,对比已有定位产品的特点及其在定位精度、定位范围等方面的表现,得出了基于线性调频扩频(Chirp SpreadSpectrum,CSS)的定位技术能够适用于现实生活中对定位精度、生产成本、实现难易程度等要求的结论。其次,对主要测量方法的原理、适用范围等问题进行了研究分析及对比,确立了系统的技术方案:为了能够有效地抵抗多径干扰和噪声的影响,提高测距精度,选用了基于CSS技术建立的对称双边双向测距算法(SDS-TWR,Symmetric Double Sided Two WayRanging)作为本系统的测距方法;在定位算法方面采用了常见的三边测量法,通过测量标签节点到3个不在同一直线上的锚节点的距离,再结合3个锚节点的坐标信息计算出标签的位置信息;而本文为了使测量结果更精确,采用4个锚节点进行测距从而将产生4个距离值,通过一系列运算及化简后为一超定方程组,为了能够解出一个较精确的值,采用最小二乘算法求解其最优解,以此得到一个较高精度的测量值。再次,结合德国Nanotron公司提供的NA5TR1射频芯片及其相关资料,自主设计了一款基于CSS技术的射频收发模块,在Nanotron公司提供的通信协议以及相关的软件应用接口的基础上做相应的应用开发,实现它们相互间的通信与测量。并在此基础之上通过多次软硬件调试与系统测试,选用合适的参数,开发出了一套基于此模块的无线定位系统。最后,为了测试该定位系统的性能,对定位节点的通信距离、测量精度及定位的实时显示进行了实验测试。结果表明,该定位系统能够很好的对移动目标进行定位追踪,达到了预期的设计要求。
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