超宽带NLOS测距误差改正模型

盛坤鹏 王 坚

(北京建筑大学 测绘与城市空间信息学院, 北京 102616)

0 引言

随着科学技术的发展,人们对实时位置服务的需求变得愈加强烈,全球卫星导航系统(the Global Navigation Satellite System,GNSS)基本解决了室外定位的难题,可以随时给用户提供高精度的导航定位服务,但GNSS在室内由于信号较差或多路径效应等原因无法定位[1]。然而现代生活人们绝大部分时间都在室内度过,人们如何在陌生环境以最短的时间、最优的路线到达目的地是亟待解决的关键问题,显然单凭室外定位技术已经不能满足生活所需,获取高精度的室内定位信息正变得愈加重要。由于室内环境复杂,传统的室内定位技术如:WIFI、蓝牙、超声波等在定位精度、覆盖范围及功耗上都无法达到人们的要求[2]。而新兴的超宽带技术(Ultra-Wide Band,UWB)以其独有的优势在众多定位技术中脱颖而出,UWB是一种采用极低功率谱密度和极窄脉冲宽度的无线通信技术[3],具有穿透能力强、传输速率快和时间分辨率高等优点,适用于室内高速率短距离的无线通信,理论上可以实现厘米级的定位精度,在室内定位领域上受到很多国内外学者的青睐[4-5]。

UWB常用的定位方法主要有信号强度法(Received-Signal-Strength-Indicator,RSSI)、信号到达时间法(Time-Of-Arrival,TOA)、信号到达角度法(Angle-of-Arrival,AOA)以及信号到达时间差法(Time-Difference-Of-Arrival,TDOA)四种方法[6]。UWB在基于TOA/TDOA方法定位时,非视距(Not-Line-Of-Sight,NLOS)误差对定位精度的影响尤为严重。NLOS误差产生的原因是由于UWB基站与标签之间隔有障碍物,基站发射的信号需要穿透障碍物才能被标签接收,与视距(Line-Of-Sight,LOS)场景相比,增加了信号的传播时间,导致测距值大于真实值,这将影响UWB的测距精度[7]。……