發(fā)布時間：2020-11-09 04:47

【摘要】：在無GPS或GPS信號微弱的交通隧道中,車輛的高精度定位是一個待解決的重要問題。目前,組合導(dǎo)航定位中車載視頻系統(tǒng)和微波雷達(dá)系統(tǒng)可能會遇到弱光、視線模糊、強烈的雷達(dá)反射波等問題,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和激光雷達(dá)受制于成本和累積誤差的影響,即輔助定位都需要GPS來校正或提供初始參考位置。在ADAS和自動駕駛汽車逐步投入應(yīng)用時,解決該問題變得越來越迫切且具有較大的研究意義。本文提出基于UWB的隧道定位系統(tǒng),作為“隧道GPS”,與車載GPS信號無縫切換,為車輛提供準(zhǔn)確、連續(xù)的定位。然而將UWB定位用于隧道定位時,不但要保證系統(tǒng)定位精度、穩(wěn)定性和覆蓋范圍,而且從慢速移動的室內(nèi)定位應(yīng)用到快速移動的車輛定位,面臨實時性的問題,即由于對高定位刷新率的需求,可能會嚴(yán)重降低系統(tǒng)容量。針對以上問題,本文主要工作如下:(1)設(shè)計與實現(xiàn)了滿足隧道行車場景的基于DW1000芯片的UWB定位的硬件終端,包括固定基站與車載標(biāo)簽,涉及終端布局、高頻電路設(shè)計、芯片選型、PCB繪制以及最終調(diào)試。提出使用雙向測距TW-TOF(Two-way Time of Flight,TW-TOF)算法,開發(fā)配套的下位機定位程序、PC端上位機用戶圖形界面以及用于二者通信的TCP/IP協(xié)議的實現(xiàn)。(2)為了保證通信的可靠性,本系統(tǒng)采用TDMA機制。面對高速行駛車輛定位,定位系統(tǒng)更新率與系統(tǒng)容量的共存問題。本文通過改良的Kalman模型在實現(xiàn)誤差消除的同時進(jìn)行軌跡預(yù)測,實現(xiàn)實時定位和較大的系統(tǒng)容量,并分別研究了速度、加速度、彎道曲率半徑對改良Kalman模型影響。(3)在UWB定位系統(tǒng)厘米級定位精度的基礎(chǔ)上,本文提出一種以位移變化量和速度變化量為核心的事故檢測方法。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U495
【圖文】：

圖 1.1 無線定位原理示意圖Fig 1.1 Wireless positioning system號傳輸時延和數(shù)據(jù)處理時延測定和帶有隨機性的時延可能導(dǎo)致米級的定位誤差。例如，任都有電容電感效應(yīng)。例如假定等效電阻 R=1k ，分布電容 C=10-9s=1ns，該 RC 將產(chǎn)生 3 -4 （3-4ns）的上升沿或下降沿電路設(shè)計或過長的 PCB 布線，所產(chǎn)生的時延也可能接近 1ns。實現(xiàn)低成本的專用無線定位系統(tǒng)，通常選擇相對低檔的 MCU控模塊，其主頻一般低于 1GHz，在這樣的主頻下，一條簡單要幾個納秒的時間。此外，如果主控芯片使用了操作系統(tǒng)，由交互的消息隊列機制，時延一般均在 1ns 以上位算法和時間同步算法定位的基礎(chǔ)是無線測距，無線測距又依賴于信號傳輸時間。從算傳輸時間必須保證節(jié)點間的時鐘同步，且時鐘同步誤差小

圖 1.2 UWB 典型應(yīng)用案例Fig1.2 Typical UWB application cases國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）制定了UWB通信協(xié)議IEEE802.15.4-2011，規(guī)定了 UWB 物理層協(xié)議，對其信道模型等做了詳細(xì)制定[21]。目前為止，國際上在UWB 室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域具有較多技術(shù)積累和商業(yè)化成功的公司有如下幾家。美國 Time Domian 公司是 UWB 技術(shù)領(lǐng)域的先行者與領(lǐng)導(dǎo)者，其一直致力于超寬帶通信在精確定位和無人駕駛等方面研發(fā)，并于 1999年生產(chǎn)了全球首款 UWB芯片。其推出的集測距與通信功能的 PulsON 410 模塊是一個微型的相干 UWB 模塊，采用 FPGA 作為處理器，利用特殊的超寬帶脈沖射頻信號機制通過雙向飛行實現(xiàn)測距和通信，在高度多徑和高雜波環(huán)境下具備優(yōu)異性能，測距距離可達(dá)幾百米，低延遲下更新速率可達(dá) 125Hz。然而該公司在 2018 年被毫米級精確定位射頻開發(fā)公司 Humatics 收購合并，相信基于 Time Domian 的先進(jìn)技術(shù)，Humatics 的無線微位置傳感器和分析軟件將徹底改變?nèi)祟惡蜋C器的定位、導(dǎo)航和協(xié)作的方式，助力智能工業(yè)、無人駕駛和智慧城市的發(fā)展。

制 TCP 穩(wěn)定可靠離 120m+ 隧道內(nèi)環(huán)境式 TDMA 避免消息碰撞間 全天候 PoE 供電量 ≥36 個節(jié)點 單小區(qū)法 TW-TOF 無需實現(xiàn)時間同率 -9.3dBm 不含 PA 電路塊 50Ω阻抗匹配的 SMA 接口天線 全向性天線系統(tǒng)組成我們將面向隧道行駛車輛的特殊環(huán)境，所提出的系統(tǒng)的應(yīng)用場位系統(tǒng)主要分為三個部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理。
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本文編號：2875912