基于TOA测距的超宽带定位

基于TOA测距的超宽带定位1脉冲超宽带信号的脉冲的时间宽度在纳秒级，占用的带宽在1GHz以上，因此具有高精度的测距能力。基于到达时间测距估计技术，可以从超宽带信号的高时间分辨率中受益，充分利用超宽带极宽带宽的特性。基于测距的定位过程测距模块：距离估计；非视距（Non-LineofSight，NLOS）处理模块：处理定位场景内测距两点之间可能存在的障碍物的影响；定位模块：位置估计。基于测距的定位问题：在一个二维平面上，设有N个未知节点，构成集合S；有M个参考节点，组成集合F。每个节点只能产生有限功率的信号,与节点i能够通信的节点组成的集合记为adji。只要存在3个或更多的参考节点，就有可能估计所有节点的坐标。已知信息包括测距结果集合D和参考节点位置集合FP：|,ijDdiSFjadji,|FiiPxyiF定位的目的就是要依据D与FP重构出集合S，即：,|,SiiFPxyiSfDP其中，f代表位置定位算法，,iixy是传感器i的坐标，ijd是节点i与节点j之间的测距结果，通过估计测距信号的TOA获得，即：.ijijdcij为节点i,j之间的TOA的估计结果。基于TOA测距的超宽带定位2由于噪声干扰、TOA估计机制本身，以及可能存在的NLOS障碍物等方面原因，ij不可能绝对精确，即：ijijijij为TOA的估计误差，主要包括TOA估计算法的DP（DirectPath）检测误差以及可能存在的NLOS误差，即：1ijijijijnIbijn为DP检测误差，其值决定于测距信号的信噪比与TOA估计算法的具体机制。ijb为障碍物引起的NLOS误差，数值恒正，其值取决于定位场景的障碍物材质情况、节点间的相对位置，以及使用的测距信号的频率。ijI是一个NLOS状态的标识参量，值为1表示节点i、j之间的直达路径上存在的NLOS障碍物，为0表示直达通信路径为视距（LineofSight，LOS）的。超宽带技术在定位系统中的主要作用是：为定位模块提供精确的测距结果，定位算法与超宽带技术本身关系不大。测距需要解决的两个关键问题：1.TOA估计即ij的获得。TOA估计的关键是要检测到接收信号成分中直达单径DP的位置，TOA估计算法的设计，就是DP检测策略的设计，是测距部分最重要的研究内容，也是脉冲超宽带测距定位系统中的最根本问题。影响TOA估计精度的因素除了TOA估计算法的具体机制以外，发射端系统参量的设置情况也是主要因素。2.NLOS问题的解决即1ijijIb部分的估计。NLOS在实际定位过程不可避免，是影响定位精度的最主要的因素之一。通过设计特定策略的定位算法，可以一定程度的消减NLOS效应，最有效最根本的方法显然是在测距阶段中就着手解决，理想的解决方法是：估计出NLOS误差的量值，即ijb；不理想的解决方案是估计出ijI，即进行NLOS状态的鉴别，然后在定位阶段做对应处理。