福利院老人位置检测识别定位设计开题报告

全文总字数：6748字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义

在信息化时代不断发展的今天，信息产业的各行各业都呈现出蓬勃发展的趋势，许多有关信息时代的科技正在不断高速发展，如移动通信正逐步迈入“5G”通信时代；家庭网络也早己迈入百兆带宽时代；虚拟现实（Virtual Reality，VR）以及增强现实技术（Augmented Reality，AR）也给未来带来了新的愿景。“定位”作为一项关键技术也开始被人们所关注，尤其是随着无线定位技术的快速发展，产生了许多依赖位置的服务LBS(Location-Based Services)。最著名的LBS应用就是基于全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的定位和导航服务，GPS具有定位精度高、覆盖范围广等优点，在室外环境下的应用场景极其广泛，例如现在的许多地图导航应用就运用到了GPS的定位。然而，许多在户外能起到很好作用的定位系统，到了室内或者建筑结构复杂的位置会有较大的误差，现有的GPS定位系统己无法满足人们在室内环境下的定位需求，人们对室内定位系统的需求与日俱增，因此，室内定位技术己渐渐成为相关学者及工程人员的研究热点。

当前，无线定位技术和方案有很多，常见的定位技术包括红外线、超声波、射频识别等。与室外环境不同，室内环境具有更复杂的特征，室内布局、材料结构以及空间尺度的不同将会大幅度增加信号的路径损耗。例如，红外线容易受到可见光的干扰，影响了其定位精度；超声波受到室内多径效应的影响很大；射频信号作用距离较短，抗电磁干扰能力较差，多应用于室外定位系统中。因此，这些技术都不适合室内定位系统的研制和开发。

超宽带（UWB）是一种典型的无载波通信技术，它利用纳秒至微微秒级的窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围在数GHz左右，带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。超宽带通信具有系统容量大，数据传输速率高，抗多径能力强，成本低，功耗低，信号衰减较小，定位精度高，穿透力强等优点，是下一代无线通信的革命性技术之一。目前，包括美国、日本等在内的越来越多的国家都在研究超宽带无线通信技术，该技术在无线室内定位领域具有十分广阔的应用前景和研究价值。

1.1国外研究现状

超宽带 (Ultra WideBand，UWB)无线技术出现于60年代，其应用一直仅限于军事、灾害救援搜索等雷达定位及测距方面。1993年，美国南加州大学的R．A．Scholts在国际军事通信会议上发表论文，论证了采用冲激脉冲进行跳时调制的多址技术，从而开辟了将超宽带作为无线电通信信息载体的新途径。2002年2月14日，这项无线技术用于民用通信首次获得了美国联邦通信委员会(FCC)的批准，因此引起了世界各国的广泛关注。

本世纪以来，国外很多研究机构和高校纷纷对超宽带技术展开了全面的研究。2001年5月，美国南加州大学、加州大学伯克利分校、麻省理工学院从美国国防部申请到了短距离超宽带通信系统的创新性研究项目。美国国防部高级研究计划局委托佐治亚理工学院的移动和便携无线电研究组，展开了超宽带 Ad-Hoc（特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，即点对点）网络节点在恶劣环境下的可靠性和稳定性研究。美国罗格斯大学的 WINLAB 实验室在其申请到的超宽 带项目中，主要研究超宽带系统建模、信道建模、调制和解调算法、信号的定时和同步算法以 及物理层和数据链路层收发芯片的设计。

2002-2004年，加州圣地亚哥大学无线通信研究中心开展了对超宽带技术通信和定位的研究，研究超宽带技术如何能更快、更方便、更安全地应用于 计算机之间通信。美国奥斯汀大学超宽带研究与工程中心研究了超宽带系统与全球定位系统的兼容性问题。美国斯坦福大学还建立了通信试验网，测试超宽带系统对全球定位系统的干扰。芬兰奥卢大学无线通信研究中心启动了超宽带研究项目，主要研究超宽带系统与GSM、UMTS、GPS等系统的共存性问题，并研制出了自组织无线个域网的通用平台，该通用平台具有精确的室内定位能力。

在近几年。超宽带定位的应用需求也随着研究的深入在逐步增多，据统计，未来五年全球室内定位市场复合增长率将达到42.0%，市场规模预计从2017年的71.1亿美元扩大到2022年的409.9亿美元。基于医疗、零售、工业生产以及自动驾驶等行业的强劲需求，预计全球实时定位系统市场规模将由2018年的31.9亿美元，增长到2023年的87.9亿美元，市场规模CAGR（复合增长率）为22.5%。全球的超宽带市场发展及预测如图1。

图12017-2022年全球UWB市场规模及增长

1.2国内研究现状

国内的研究机构也纷纷开展了超宽带技术的研究工作，目前，已有多个大学的研究项目得到了国家自然科学基金和 863重大项目的支持，涌现一大批研究成果。其中东南大学、清华大学、中国科技大学提出了不同的宽带短距离高速通信的技术方案，提交了有实用价值的发明专利，搭建了超宽带系统的演示平台。

东南大学超宽带课题组自2000年开始，率先在国内开展了超宽带通信技术的研究，并在超宽带技术领域获得多项国家专利，其提出的 DC-OFDM高速超 宽带系统方案，成为我国国内第一套自主研制的、完整的、经过硬件实验系统验证的高速超宽带物理层通信系统方案，其设计的传输速率可大于480Mbps，在数字家庭和办公室高速无线网络，信息家电和无线多媒体通信等领域有广泛的应用前景。该方案可作为我国的超宽带通信国家标准物理层的备选方案，对实现我国超宽带技术的产业化、标准化，具有重要的意义。

2007年，国家863计划又启动了高速超宽带芯片研发的新项目，开发我国有自主知识产权的超宽带芯片。中国科大无线网络通信安徽省重点实验室与同年承担了国家“863”计划课题“超宽带SOC芯片设计及组网试验”。经过３年的努力，课题组完成了超宽带集成技术研究和关键专用集成电路芯片开发，实现了超宽带无线接入与互联的组网应用示范。这是脉冲超宽带技术走向工程实现的一个重要突破。国内企业看到了超宽带技术的市场前景，也积极参与超宽带技术的研发，华为技术有限公司已经成功开发出了基于超宽带技术的视频传输演示系统和无线USB等。超宽带技术正逐步走向实用化、商业化阶段。

毕光国，我国超宽带通信技术研究的先行者。他领导东南大学超宽带通信课题组率先在国内进行了超宽带通信技术的研究，并获多项国家专利。在国家 “863”计划的资助下，提出了我国第一套自主设计研制成功的高速超宽带通信物理层方案，他指出高速 UWB 的传输速率目前可达 100Mbps~1Gbps，传输距离可达 10~20米，属于高速短距离传输；中低速UWB传输速率一般在1Mbps以下，最高不超过30Mbps，传输距离可达100米以上，甚至几公里，属于中低速中短距 离传输。其中，高速 UWB 应用标准的传输速率可达480Mbps，目前实际已可达到 1Gbps，正在 开发 2Gbps的速率，并将进一步发展到 5~6Gbps，预计在 5~6年内，能够达到 10Gbps~40 Gbps。

研究的深入也为我国的超宽带定位的发展打下了良好的基础，据统计，2018年中国UWB企业级应用市场规模为10.9亿元，预计到2022年，中国UWB定位企业级应用市场规模为121.5亿元，未来4年复合增长率为83%。中国企业级的市场增长统及预测计如下图2。

图22016-2022年中国UWB定位企业级应用市场体量及增长

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1基本内容与目标

在现代环境下，福利院老人位置检测对于及时掌握老人身体状况综合信息,以便在老人发生危险时,能够及时报警,并将老人的位置及时传递给护理人员,保护老人的生命安全并降低护理成本。因此选用一个合适的定位设计对于这些老人尤其重要，必须在定位的精度以及穿透性上有所偏重，同时还需保证定位装置的续航。综合以上几点，我本次的研究选择了设计一个基于超宽带的定位装置，同时根据福利院的实际情况，对超宽带的定位算法做出改进。

3. 研究计划与安排

3.进度安排

1-3周：查阅相关文献资料，撰写开题报告，完成英文文献翻译；

4. 参考文献（12篇以上）

4.参考文献

[1]汪义庭.基于uwb的无线室内定位系统设计与实现[d].淮南：安徽理工大学，2019.

[2]李佳琦,李森.基于uwb的消防员火场定位系统研究[j].无线互联科技. 2018(18).