[00132534]基于相位法的短距互联目标定位关键技术

定位技术是物联网关键技术之一。众所周知,复杂的信号传播特性造成了信道的频率选择性和时间选择性,此时,利用无线电信号准确获取位置信息极具挑战性。课题研究的相位法定位技术区别于传统的能量法和时间法,通过研究复杂信道条件下的相位法定位技术,希望能找到精确定位的方法,研究成果具有较好的创新意义和应用价值。具体研究内容有（1）从理论和实测两个途径分析了相位法定位的无线电信号传播信道特性;（2）在多径和非视距场景下对相位法定位的克莱美罗界进行了深入的分析研究;（3）在多径情况下,分析人员或物体移动产生的信号反射对相位法定位性能的影响;（4）利用OFDM系统产生多个相互正交的子载波,再以子载波进行分路相位定位,最后调制得到最终的相位定位结果。 创新点： 1.本项目提出了一种基于AOA（Angle of Arrival）和PDOA（Phase Difference of Arrival）的无源UHF RFID室内定位算法。利用AOA方法可以获得信号的到达角度,同时,利用很细波束的阵列天线可以区分一定角度范围的内的多径信号。通过PDOA方法,可以计算出待定位物体到基站的距离。根据定位环境中障碍物的位置和实体基站的位置,利用几何关系,可以建立虚拟基站,将非视距路径转化为视距路径。最后,利用加权最小二乘与残差加权联合算法WLS-RW（Weighted Least Squares Combined with Residual Weighted）来计算待定位物体的具体位置。为了获得更高的定位精度,本文还深入研究了AOA算法与PDOA算法的特性,对比了本文所用的MODE（Method of Direction Estimation）算法与基于空间平滑的MUSIC（Multiple Signal Classification）算法的AOA估计精度;同时,研究了信号发生反射的时候,相位突变对PDOA估计精度的影响。最后,利用MATLAB建立仿真环境,用射线跟踪模拟无线信号的传播,对提出的算法进行仿真。从仿真结果看到,在多径和非视距的室内环境下,在一个10m*10m的屋子里面,本文提出的算法,定位精度以80%的概率小于0.5m,高于传统的室内定位算法。 2.提出了基于无源参考标签相位信息的Refer-All-phase-FFT测距算法。该算法通过计算单个阅读器下所有参考标签与待定位标签关于相位信息的相似度,筛选出最邻近的参考标签,并将该参考标签与相应阅读器之间的视距距离作为待定位标签与该阅读器的视距距离。在此基础上,利用线性最小二乘算法完成定位。仿真结果表明,Refer-All-phase-FFT算法最终定位误差小于LANDMARC系统,且适当增加参考标签数量可以进一步降低定位误差。 3.提出一种基于双标签的两步测距定位方法。当待定位目标物体的边长大于载波波长时,提出在待定位目标上附着两个间距为载波波长的一半的无源标签部署方案。然后,在单阅读器天线通信的情况下,通过阅读器与标签之间的三角几何关系即可实现定位。使用两个无源标签的使用不仅可以辅助调整测距信息,以减少最终的定位误差,还可以在单阅读器天线的条件下完成定位,降低了硬件使用成本。仿真实验表明,该算法在不使用参考标签的情况下,可进一步降低定位误差。 研究成果： （1）撰写的《基于相位法的短距互联目标定位关键技术》研究报告已经完成;（2）发表了4篇核心期刊学术论文,其中SCI检索1篇;（3）开发了一套相位法定位的演示软件;（4）申请国家发明专利2项;（5）培养博士生1名,硕士生4名。