基于ARM和UWB的无线定位节点设计与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

本次选题的主要目的是根据UWB技术自身特点，分析适合UWB的测距及定位方式，实现基于ARM和UWB的无线节点定位的测试及仿真。 随着无线通信的不断发展，定位技术的应用已经渗透到社会发展的各个领域，而超宽带（UWB：Ultral WideBand）具有多径分辨能力强，传输速率高，低实现成本，尤其是能提供非常高的定位精度等优点，在无线定位技术中越来越有优势。UWB是一种短距离无线通信技术，其所占的频谱范围很宽。UWB系统可以在低信噪比情况下工作，而且UWB系统发射的功率谱密度也很低，具有功耗低、系统复杂度低、隐秘性好、截获率低、保密性好等优点，能很好的满足现代通信系统对安全性的要求。同时信号的传输速率高，并且扛多径衰减能力强，具有很强的穿透能力，能提供精确的定位精度。因此基于UWB的定位技术具有传统定位技术无法比拟的优势，成为无线定位技术中极具潜力的技术。因此对UWB定位技术的研究是非常具有现实意义的。 国内外研究现状： 2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC)批准限用于军用雷达的超宽带(UWB)技术可运用于民用产品上，同年4月，批准将3.1GHz和10.6GHz之间的免授权频段分配给UWB使用。自此，此项技术开始引起业界广泛关注。 近年来，UWB的研究倍受重视，各国都在致力于超宽带技术及其产品的开发。在美国国防部重点技术计划中，己经连续几年把UWB列为研究计划项目中的重点课题。许多著名大学和实验室，如美国MIT Lincoln实验室、Los Alamos国家实验室、Georgia理工学院、英国RSRE实验室等都开展了UWB的研究。AETHER WIRELOCATION、Ubise等多家公司推出了UWB芯片和系统。 美国AETHER WIRELOCATION开发的Localizers室内定位系统是通过待定位的超宽带接收机和几个参考定位的收发信机之间进行脉冲通信，通过监测信号中携带的伪随机码的时延来判断到不同参考点的距离。 美国Ubise公司开发的Unbise室内定位系统是由传感器和漫游器组成，当一个漫游器有效时，它发射UWB脉冲和包含识别符在内的传统RF信号，这被传感器用来确定漫游器的位置。 Sapphire系统是由Multispectral Solutions公司开发的UWB室内定位系统。该系统有多个漫游器、至少4个接收机和1个与计算机相连的控制中心。 近些年我国也正在积极加入到UWB技术研究领域中去，很多科研机构和越来越多的高校己经将目光投向这一极具发展力的技术。2001年9月初，我国发布的“十五”国家863计划通信技术主题研究项目中，首次将“超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术”作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容。国内高校如电子科技大学、北京邮电大学等在UWB技术的研究方面取得了一定的进展。电子科技大学应用所在大功率窄脉冲产生器、天线等方面取得了进展。北京邮电大学、北京理工大学、东南大学研究UWB系统的信号产生、Rake接收等技术，并获得了专利。国家自然科学基金项目的支持也对国内UWB研究起到了推动和促进作用。 我国企业以海尔集团和环旭电子集团为代表，与Freescale半导体有限公司合作展示并推出了UWB高清电视和家庭媒体中心等产品和系统，也跻身于UWB技术开发的世界前列之中。

2. 研究的基本内容与方案

超宽带定位系统主要包括两个部分:测距和定位。而此次研究的基本内容和目标就是通过对UWB技术的特点的分析，并分别分析比较基于接收信号的强度、角度、时间测距方式以及UWB信号的时延估计和定位算法的仿真等，来实现基于ARM和UWB的无线节点定位的设计与仿真。 拟采用的技术方案及措施： 测距方面，一般有基于接收信号强度(RSS，Received Signal Strength)、基于信号传播时间(TOA，Time of Arrival)和基于信号角度(AOA, Angle of Arrival)三种方法。根据以上三种方法的特点，此次研究中拟选择使用基于信号传播时间法和基于主成分分析的TOA估计算法来完成，以达到受噪声和多径的影响较小，并且可以较大程度的提高定位精度的目的效果。 定位方面，UWB定位算法主要有迭代算法和非迭代算法，其中泰勒级数展开算法因为具有精度高和鲁棒性强等特点而在求解非线性定位方程组中得到了广泛的应用，但它对移动站初始坐标值具有很强的依赖性。针对这个问题，此次研究拟采用一种基于TOA和基站坐标设置初始值的方法，该算法的主要思想是基于接收到移动站信号的基站坐标来估计初始坐标。

3. 研究计划与安排

第1周—第4周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需。确定方案，完成开题报告。 第5周—第8周：设计基于ARM单片机的UWB无线传感器网络节点，并对部分基带处理模块进行设计与仿真。 第9周—第12周：完成基于ARM单片机EVB1000开发平台的双向测距的示范运行。 第13周—第16周：完成并修改毕业论文。 第17周：准备论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

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