采用超宽带和远距离无线通信的定位系统设计

李正东 金钊 包信宗 王挺 李秀玲

摘  要 针对GPS、北斗等无线定位系统不能实现室内定位的问题，采用超宽带和远距离无线通信技术设计一种室内定位系统。系统采用双边双程测距法、到达时间内三角质心优化算法提高测距和定位精度，采用LoRa技术进行基站间的数据传输。测试分析表明：定位系统在室内环境下工作稳定性好，可实现室内精确定位功能。

关键词 超宽带；无线通信技术；定位系统

中图分类号：P228.4    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）14-0035-03

Abstract Aiming at the problem that GPS， Beidou and other wireless positioning systems cant achieve indoor positioning， an indoor po-sitioning system is designed by using ultra-wide band and long-distance wireless communication technology. The system uses the triangle centroid optimization algorithm in time of arrival to improve the ranging and positioning accuracy. LoRa technology is used for data transmission between base stations. The test and analysis shows that the positioning system has good stability in indoor environment， and can realize indoor precise positioning function.

Key words ultra-wide band; wireless communication technology; location system

0  引言

当前，GPS、GLONASS、北斗导航定位系统在室外环境中已经获得广泛运用，但由于建筑物对信号的遮挡，上述定位系统在室内环境不能实现定位功能。为了实现目标的室内定位功能，研究人员尝试用Wi-Fi、ZigBee、蓝牙[1]、超声波[2]、红外线等多种无线通信技术进行测试。测试结果表明：以上技术均不能实现cm级的精确室内定位需求。超宽带（Ultra-Wide Band，UWB）技术不同于传统的通信技术，它没有载波信号，主要通过纳秒级脉冲来完成数据的传输，时间分辨率较高，可极大提高定位精度。本研究主要利用超宽带技术进行室内定位系统的设计与研究。

1  系统架构

系统整体架构设计为四层结构：感知层、采集層、数据层、应用层。其中，感知层主要负责标签与基站之间UWB无线电的测距功能；采集层主要采用LoRa无线通信技术负责基站与数据集中器之间的信息交互；数据层利用TCP/IP网络实现与数据集中器的信息交互，并将数据存储于服务器中；应用层主要负责应用界面设计、定位算法实现、手机推送等功能。……