线性化误差对于UWB系统定位精度影响分析

刘 琦,高成发,尚 睿

(东南大学 交通学院测绘工程系，江苏 南京 211189)

室内定位技术多种多样，主要有红外线、超声波、蓝牙、ZigBee、WIFI等。与这些技术相比，UWB技术具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低的特点[1]，理论上超宽带定位技术的定位精度可以达到厘米级。

目前，常用的UWB室内无线定位测量方法有很多，包括：基于到达角度(Angle of Arrival，AOA)的定位方法，利用两个或以上接入点提供的AOA测量值，解算待定点位置； 基于接收信号强度(Received Signal Strength，RSS)的定位方法，测量来自多个发射器接收的信号强度，以便使用信号强度作为基站和标签之间距离的估算参数；基于到达时间(Time of Arrival，TOA)的定位方法, 基站通过记录发出测距信号到收到标签确认信号所花费的时间，再乘以信号传播速度，便得到基站与标签之间的距离；基于到达时间差(Time Difference of Arrival ，TDOA)的定位方法等[2]。随着室内环境的扩大化、复杂化以及室内活动时间的增加，大众对于位置服务精度的需求越来越高，用户不仅关心二维位置，更希望掌握准确的三维坐标。

UWB定位技术与卫星定位技术原理相似，都是通过时间同步、单程测距解析实现定位。在UWB和GNSS进行解算时，方程是非线性的，传统方法通过EKF算法，对非线性函数的Taylor展开式进行一阶偏导，忽略其余高阶项，从而将非线性问题转化为线性。文献[3]在紧耦合组合导航系统中比较EKF和UKF算法精度，发现两种算法精度均优于单独使用GPS得到的导航解，UKF略优于EKF算法。文献[4]实验结果表明，UKF比EKF更适合于在INS/GPS系统中使用。……