基于改進(jìn)雙向雙邊測距的超寬帶定位技術(shù)及應(yīng)用研究

李小亭 郎月新 韋子輝 張要發(fā) 楊澤 徐瀟瀟

摘要：針對飛行時(shí)間（time of flight，TOF）定位速度慢的問題，提出一種改進(jìn)雙向雙邊測距方法，結(jié)合距離差測量，只需一次測距就可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到多個(gè)固定參考節(jié)點(diǎn)的測距，進(jìn)而提高TOF定位速度。設(shè)計(jì)超寬帶（ultra-wideband，UWB）定位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成改進(jìn)雙向雙邊測距實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與定位精度測試，經(jīng)測試定位精度達(dá)到分米級。改進(jìn)的雙向雙邊測距方法可提高傳統(tǒng)TOF定位的定位速度，同時(shí)將該方法應(yīng)用于過山車測速并結(jié)合卡爾曼濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為精確測量提供一個(gè)新角度。結(jié)果表明，采用四基站時(shí)定位時(shí)間約為原定位時(shí)間的1/4，能夠較好地測量高速運(yùn)動(dòng)物體的速度，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：雙向雙邊測距;飛行時(shí)間;到達(dá)時(shí)間差;UWB定位

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-5124（2019）10-0021-07

收稿日期：2018-08-18;收到修改稿日期：2018-11-16

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子任務(wù)（2016YFF0203103-3）;保定南洋研究院一能源技術(shù)平臺(tái)項(xiàng)目（17H02）

作者簡介：李小亭（1957-），女，河北保定市人，教授，碩士，研究方向?yàn)闇y試計(jì)量理論及應(yīng)用。

通信作者：韋子輝（1977-），男，河北保定市人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)殡姶艌雠c微波測量、超寬帶定位。

0 引言

目前GPS、北斗定位導(dǎo)航技術(shù)已獲得廣泛應(yīng)用，但由于建筑物遮擋無法應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，定位導(dǎo)航技術(shù)必然由室外延伸到室內(nèi)，目前谷歌、微軟、蘋果、博通等在內(nèi)的一些科技巨頭都開始布局室內(nèi)定位技術(shù)。目前室內(nèi)定位技術(shù)主要包括基于信號強(qiáng)度感知的WiFi、藍(lán)牙、ZigBee，最高可實(shí)現(xiàn)3～5m定位精度[1-3]。

為解決室內(nèi)定位精度問題，IEEE802.15.4a-2007標(biāo)準(zhǔn)中建議采用信號飛行時(shí)間測量的定位技術(shù)，推薦的物理層通信技術(shù)為線性掃頻擴(kuò)頻技術(shù)（chirp spread apectrum，CSS）和UWB定位技術(shù)[4-5]。無線信號頻域越寬、時(shí)域越窄，則測距精度及抗干擾能力越強(qiáng)UWB相對于CSS具有更高的帶寬，因此UWB技術(shù)定位精度及抗多徑干擾能力優(yōu)于其他技術(shù)，目前超寬帶定位技術(shù)已成為室內(nèi)定位的首選技術(shù)方案[6]。

超寬帶定位主要是采用TOF、到達(dá)時(shí)間差（timedifference of arrial，TDOA）定位方式，TDOA定位需要精確的時(shí)鐘同步，分為有線時(shí)鐘同步和無線時(shí)鐘同步兩種方式，有線時(shí)鐘同步需要設(shè)計(jì)同步信號裝置，無線時(shí)鐘同步需要設(shè)計(jì)時(shí)鐘同步算法，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。而TOF定位采用雙向雙邊測距測量標(biāo)簽到多個(gè)基站距離，基站無需時(shí)鐘同步，多篇文獻(xiàn)介紹了TOF的應(yīng)用研究情況，卞佳興等[7]分析了雙向雙邊測距誤差補(bǔ)償機(jī)制，盧靖宇等[8]應(yīng)用雙向雙邊測距設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng)，TOF在多基站應(yīng)用時(shí)，由于標(biāo)簽需要和相鄰的多個(gè)基站測距，一次定位占用信道時(shí)間長，容易引起通信信號沖突。魏培等[9]提出了多基站測距和多標(biāo)簽調(diào)度機(jī)制，解決標(biāo)簽沖突和組網(wǎng)問題，設(shè)計(jì)了基于TOF的超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)，并應(yīng)用于工業(yè)車間現(xiàn)場。方文浩等[10]針對這一問題提出區(qū)域判定策略，標(biāo)簽通過判定所在區(qū)域，定位時(shí)只與區(qū)域內(nèi)基站通信，避免重復(fù)地與未參與定位的基站建立連接，減少了節(jié)點(diǎn)間的無效通信。

TOF定位的主要缺點(diǎn)是定位時(shí)需要多次雙向雙邊測距，導(dǎo)致定位速度慢、標(biāo)簽功耗大、與多基站測距時(shí)產(chǎn)生通信沖突。文獻(xiàn)[9-10]主要通過設(shè)計(jì)調(diào)度機(jī)制減少通信沖突，并沒有提高定位速度。本文提出一種改進(jìn)雙向雙邊測距算法，一次雙向雙邊測距即可測量標(biāo)簽到多個(gè)基站的距離、實(shí)現(xiàn)定位，大幅度提高了TOF定位速度，并采用Decawave公司的DW1000芯片設(shè)計(jì)了超寬帶定位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對該方法進(jìn)行測試及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 TOF定位技術(shù)與TDOA定位技術(shù)

TOF定位技術(shù)是通過測量無線信號的傳播時(shí)間來計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和固定節(jié)點(diǎn)間的距離。為減小晶振誤差造成的時(shí)間測量誤差，在IEEE802.15.4a-2007標(biāo)準(zhǔn)中建議采用雙向雙邊測距方法通過差分運(yùn)算提高測距精度[5]。

通過差分運(yùn)算可有效消除晶振誤差引起的時(shí)間測量誤差。使得通信節(jié)點(diǎn)在采用普通精度晶振的情況下，仍可獲得較高的時(shí)間測量精度。但雙向雙邊測距的主要缺點(diǎn)是需要多次收發(fā)無線信號完成測距，所需時(shí)間長。而一次二維定位至少需要三次測距，導(dǎo)致定位標(biāo)簽功耗高，定位速度慢，容量小。這一缺點(diǎn)極大地限制了TOF定位的應(yīng)用，目前在定位領(lǐng)域廣泛采用的是TDOA定位，TDOA定位只需標(biāo)簽發(fā)射一次信號，即可實(shí)現(xiàn)定位，定位速度遠(yuǎn)高于TOF定位，但TOF定位在定位區(qū)域和三維定位方面優(yōu)于TDOA，在某些應(yīng)用場合TDOA定位無法代替TOF定位[11]。

圖1為仿真計(jì)算得到的TOF定位誤差區(qū)域分布，St1、St2、st3、St4為定位基站，圖中選擇一點(diǎn)，計(jì)算得到該點(diǎn)到基站的距離，加上標(biāo)準(zhǔn)差為10的高斯噪聲，由距離求解非線性方程組計(jì)算坐標(biāo)，并通過100次仿真計(jì)算統(tǒng)計(jì)加上測距噪聲的TOF定位誤差，圖形中的數(shù)字表示該點(diǎn)的TOF定位（X，Y）定位坐標(biāo)誤差標(biāo)準(zhǔn)差，由圖1可見TOF定位基站區(qū)域外和區(qū)域內(nèi)定位精度變化不大。

同樣過程對TDOA定位誤差進(jìn)行仿真計(jì)算，采用泰勒級數(shù)展開法求解距離差的非線性方程組，圖2為TDOA定位誤差區(qū)域分布，可見基站區(qū)域外定位誤差明顯增大。因此同樣基站布局，TOF定位可定位范圍優(yōu)勢明顯。另一方面TOF定位三維定位優(yōu)于TDOA定位，TDOA定位為實(shí)現(xiàn)高度方向的距離差測量，必須要求基站安裝存在高度差，且高度差越大高度方向上的定位誤差越小，造成實(shí)際應(yīng)用中安裝部署困難，而TOF定位不存在這個(gè)問題?；景惭b在同一水平面也可實(shí)現(xiàn)三維定位。

綜合以上分析TOF定位在定位區(qū)域，三維定位方面優(yōu)于TDOA定位，TOF定位不需要時(shí)鐘同步，較TODA更容易實(shí)現(xiàn)，但定位速度慢是其主要缺點(diǎn)，這也限制了TOF定位的應(yīng)用。

2 改進(jìn)雙向雙邊測距算法

針對TOF定位速度慢的問題，在雙向雙邊測距算法基礎(chǔ)上改進(jìn)算法，圖3中所示標(biāo)簽與主基站A雙向雙邊測距的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽到主基站A和從基站B的距離差測量，通過距離和距離差計(jì)算標(biāo)簽到從基站的距離。

如圖3所示，雙向雙邊測距算法由Signal1、Signal 2、Signal 3的發(fā)送接收完成，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽到主基站A的測距，在雙向雙邊測距前標(biāo)簽先發(fā)送一次廣播信號Signal 1'，基站A、B均收到信號標(biāo)簽發(fā)送的信號Signal 1'、Signal 1，從基站B也收到基站A發(fā)送的回復(fù)信號Signal 2。根據(jù)上述幾個(gè)信號接收時(shí)間值，即可計(jì)算標(biāo)簽（Tag）到基站A、B的距離差。具體推導(dǎo)過程如下。

假設(shè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)Tag到A、B基站的距離均不相等，所以A、B4個(gè)固定參考節(jié)點(diǎn)接收到信號1和信號2的時(shí)間也是不一樣的，其差值為△S_AB/c（c為光速，△S_AB是Tag到基站A、B距離差）。基站A接收到Signal 1'和Signal 1后，測量兩個(gè)信號接收時(shí)間τ_RA1、τ_RA2，計(jì)算接收時(shí)間差（τ_RA2-τ_RA1），從基站B接收到Signal 1'和Signal1后，測量兩個(gè)信號接收時(shí)間τ_RB1、τ_RB2，計(jì)算接收時(shí)間差（τ_RB2-τ_RB1），從物理角度出發(fā)，A、B4個(gè)固定參考節(jié)點(diǎn)接收信號Signal 1'和Signal 1時(shí)間間隔應(yīng)該是一樣的，均應(yīng)為圖中所示T₁，那么測量值（τRA₂-τRA₁）、（τ_RB2-τ_RB1）應(yīng)該相等，但是在實(shí)際中，A，B基站存在時(shí)鐘頻率偏差及接收時(shí)間測量誤差，不考慮接收時(shí)間測量誤差，計(jì)算A、B兩基站時(shí)鐘頻率偏差比值為

k=（τ_RA2-τ_RA1）/（τ_RB2-τ_RB1）

主基站A接收兩次廣播信號Signal 1'和Signal 1后，根據(jù)時(shí)間間隔測量值（τ_RA2-τRA I），以Signal 1接收時(shí)間τ_RA2為起點(diǎn)，延時(shí)一段時(shí)間在τSA3時(shí)刻發(fā)射信號3給從固定參考節(jié)點(diǎn)B，延時(shí)時(shí)間（τ_SA3-τ_RA2）取值盡量接近（τ_RA2-τRA1）。在主基站A發(fā)送的報(bào)文3中包含τ_RA1、τ_RA2、τ_SA3測量值。

如圖3所示，T₃由節(jié)點(diǎn)B測量，測量值為（τ_RB3-τ_RB2），對應(yīng)于節(jié)點(diǎn)A時(shí)鐘測量值為：

（τ_RB3-τ_RB2）×k（2）

S_AB為基站A、B之間的距離，△S_AB為標(biāo)簽到主基站A、從基站B的距離差。

T₂由A節(jié)點(diǎn)測量，其測量值為：

T₂=τ_SA3-τ_RA2（4）

計(jì)算A，B兩節(jié)點(diǎn)接收信號的時(shí)間差為：

通過Tag和基站A、B之間的信號Signal 1'、Signal 2、Signal 3發(fā)送接收時(shí)間測量即可實(shí)現(xiàn)Tag和基站A、B的距離差△S_AB測量。Tag和基站A之間通過信號Signal 1、Signal 2、Signal 3發(fā)送接收時(shí)間測量，參照圖1實(shí)現(xiàn)雙向雙邊測距，測量Tag和基站A的距離S_A，根據(jù)S_A，即可求得S_B。

S_B=S_A-△S_AB（6）

在從基站B的測距過程中，從基站B只接收信號，因此可以任意增加從基站的個(gè)數(shù)。采用一次改進(jìn)雙向雙邊測距，測量標(biāo)簽到主基站距離的同時(shí)，完成標(biāo)簽到多個(gè)從基站距離測量，并且只是增加了一次信號發(fā)送，未增加過多通信開銷，實(shí)際應(yīng)用中可大幅提高TOF定位速度。對于四基站TOF定位，定位時(shí)間縮短至原定位時(shí)間的1/4。

3 UWB定位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證算法可行性，設(shè)計(jì)UWB定位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，平臺(tái)節(jié)點(diǎn)采用Decawave公司推出的基于IR-UWB通信技術(shù)的DW1000射頻芯片，典型帶寬500MHz。采用脈沖位置調(diào)制和二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制方式。DW1000發(fā)射功率調(diào)整范圍-62～35dBm/MHz，采用雙向雙邊測距方法時(shí)110kb/s通信速率最大測距距離為290m，最高可實(shí)現(xiàn)0.1m測距精度，最大通信速率為6.8Mb/s。DW1000芯片內(nèi)部集成63.8976GHz采樣時(shí)鐘，計(jì)時(shí)單位為15.65ps，保證了測距過程中的時(shí)間測量精度。發(fā)送數(shù)據(jù)幀格式參照IEEE802.15.4-2011標(biāo)準(zhǔn)，包括前導(dǎo)碼（preamblecode）、數(shù)據(jù)幀分隔符（start of frame delimiter，SFD）、數(shù)據(jù)幀頭（physical layer header，PHR）、數(shù)據(jù)區(qū)部分。芯片在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以記錄發(fā)送數(shù)據(jù)中PHR首字符發(fā)出時(shí)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)，同樣接收時(shí)也可以測量記錄接收數(shù)據(jù)PHR首字符到達(dá)的采樣時(shí)鐘計(jì)數(shù)。測量精度達(dá)到100～150ps[6]。

DW1000可以采用延時(shí)發(fā)送機(jī)制，根據(jù)當(dāng)前時(shí)鐘計(jì)數(shù)，設(shè)定延時(shí)時(shí)間，可以精確計(jì)算將要發(fā)送數(shù)據(jù)PHR首字符發(fā)出時(shí)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)，并可將該時(shí)鐘計(jì)數(shù)值加入到數(shù)據(jù)包中，進(jìn)而發(fā)送給接收方。以上功能保證了DW1000可以用來實(shí)現(xiàn)測量信號到達(dá)時(shí)間以及進(jìn)行雙向雙邊測距的目的。

UWB定位系統(tǒng)如圖4所示，由標(biāo)簽、基站、定位坐標(biāo)計(jì)算服務(wù)器三層架構(gòu)組成，標(biāo)簽、基站均采用DW1000芯片，標(biāo)簽設(shè)計(jì)考慮低功耗，采用MSP430系列單片機(jī)作為主控制器，基站采用Stm32處理器。定位基站通過交換機(jī)建立的局域網(wǎng)與定位服務(wù)器連接，通過TCP/IP協(xié)議與定位服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

TOF定位算法需要測量標(biāo)簽到各固定基站的距離，由標(biāo)簽發(fā)起與主基站A的改進(jìn)雙向雙邊測距，同時(shí)完成距離差測量，如圖4所示測距過程中從基站只接收數(shù)據(jù)，因此從基站個(gè)數(shù)不受限制。各基站測量數(shù)據(jù)匯總到定位服務(wù)器，計(jì)算標(biāo)簽到各從基站的距離，并通過求解非線性方程組計(jì)算定位坐標(biāo)。

4 精度測試

在上述測試平臺(tái)下，采用改進(jìn)雙向雙邊測距實(shí)現(xiàn)TOF定位，為縮短測距時(shí)間DW1000采用6.8Mb/s通信速率，完成一次改進(jìn)雙向雙邊測距所需時(shí)間在1.8ms以內(nèi)。如圖5所示，在室內(nèi)環(huán)境6m×8m下，布置4個(gè)固定基站，高度是1m，并在室內(nèi)視距條件下選取9個(gè)測量點(diǎn)，使標(biāo)簽依次在測量點(diǎn)測試。

表1為標(biāo)簽在改進(jìn)雙向雙邊測距法下測得的距離值測量誤差。將標(biāo)簽放置于選定測量點(diǎn)可得到主基站和各個(gè)從基站到標(biāo)簽的距離標(biāo)準(zhǔn)差平均值，到從基站距離值由于距離差測量引入新的誤差，可以看出，標(biāo)簽到從基站測距值標(biāo)準(zhǔn)差稍大。同時(shí)表中列出了各測距值的絕對偏差平均值，測距值均大于真實(shí)值，經(jīng)過仔細(xì)校準(zhǔn)后絕對偏差可進(jìn)一步縮小。

表2中列出所選取9點(diǎn)的定位誤差。定位標(biāo)準(zhǔn)偏差絕大多數(shù)在10cm以內(nèi)，絕對偏差略大在30cm左右。圖6為標(biāo)簽刷新率為40Hz時(shí)的室內(nèi)定位軌跡，定位軌跡較好反映了實(shí)際軌跡，可滿足大多數(shù)室內(nèi)定位應(yīng)用精度要求。

圖6在5m×5m范圍下，測試人員持基站沿一定路徑行走，黑色軌跡代表基站移動(dòng)位置，紅色線代表測試人員實(shí)際行走軌跡。結(jié)果基本在30cm內(nèi)，軌跡波動(dòng)不大。另外標(biāo)簽天線方向?qū)Χㄎ痪纫灿幸欢ㄓ绊?，主要是由于天線極化方向和天線群延時(shí)造成的。如果標(biāo)簽天線方向不固定，定位誤差會(huì)進(jìn)一步增大，在實(shí)際應(yīng)用中需注意。采用圓極化天線可減小天線方向引起的誤差。

5 基于改進(jìn)雙向雙邊測距的TOF定位在過山車測速中的應(yīng)用

隨著人們生活水平提高，游樂設(shè)施行業(yè)得到了快速發(fā)展。同時(shí)，游樂設(shè)施關(guān)系到游客的安全，越來越受到人們的重視。過山車是一種依靠重力運(yùn)行的游樂設(shè)施，最高速度可達(dá)100km/b。在開始運(yùn)行階段，機(jī)械裝置將過山車送至最高點(diǎn)，之后，過山車依軌道實(shí)現(xiàn)自運(yùn)行。由于軌道復(fù)雜、速度大，需要檢測過山車運(yùn)動(dòng)參數(shù)（比如速度、加速度），以保障游客安全。

5.1 基于超寬帶定位技術(shù)的過山車速度檢測方案

過山車運(yùn)行區(qū)間大、運(yùn)行速度快、運(yùn)行軌跡復(fù)雜，普通過山車高度可達(dá)30～50m。傳統(tǒng)的測速方法如雷達(dá)測速等方法不能滿足要求。由于超寬帶具有抗多徑干擾、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜環(huán)境下也能保持良好定位精度，因此可應(yīng)用超寬帶定位技術(shù)通過三維定位計(jì)算過山車軌跡、速度、加速度。由于過山車運(yùn)行快，最快時(shí)速達(dá)到百公里以上，對過山車進(jìn)行測速，要求較高的定位刷新率。

采用改進(jìn)雙向雙邊測距的TOF定位算法只需一次測距就可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到多個(gè)固定參考節(jié)點(diǎn)的測距，提高了TOF定位刷新率，并且4個(gè)基站可以部署在同一水平面即可實(shí)現(xiàn)三維測速，安裝方便。綜合以上分析，可將改進(jìn)雙向雙邊測距的TOF定位算法應(yīng)用于過山車測速中。

5.2 測速方案實(shí)施

選取裝備過山車的游樂園作為試驗(yàn)場所。在過山車運(yùn)行前，將定位標(biāo)簽穩(wěn)固在過山車座位上方（見圖7），避免信號遮擋增加測試準(zhǔn)確度。過山車高速運(yùn)行過程中有兩種典型運(yùn)動(dòng)，一種是從高處滑下的下落運(yùn)動(dòng)，另一種是在圓軌道上翻滾運(yùn)動(dòng)。在此選取高速下落運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位測速分析。

根據(jù)實(shí)地搭建測速環(huán)境，4個(gè)基站定位區(qū)域?yàn)?0m×20m，基站布置在覆蓋測試段長方形區(qū)域各個(gè)頂角處。4個(gè)定位基站、載有標(biāo)簽的過山車和定位坐標(biāo)計(jì)算服務(wù)器一起構(gòu)成了超寬帶定位系統(tǒng)。當(dāng)附有標(biāo)簽的過山車經(jīng)過4個(gè)基站覆蓋的測試區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算過山車的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度。

5.3 基于卡爾曼濾波算法的數(shù)據(jù)處理

利用超寬帶系統(tǒng)采集的位置坐標(biāo)信息可以繪出過山車從高處下落的軌跡，為提高測量的精度，采用卡爾曼濾波對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如圖8所示，是以卡爾曼濾波算法為基礎(chǔ)的整體結(jié)構(gòu)流，將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入卡爾曼濾波器，并對初始位置信息等濾波器參數(shù)設(shè)置以達(dá)到理想要求[12]。

利用超寬帶系統(tǒng)采集的位置坐標(biāo)信息可以繪出過山車從高處下落的軌跡如圖9，圖10所示。比較兩幅圖可以看出，經(jīng)過卡爾曼濾波處理的軌跡相對于原始軌跡圖更光滑，降低了不確定的干擾，確保收集到的位置坐標(biāo)信息能真實(shí)反映過山車的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。由經(jīng)過卡爾曼濾波處理后的軌跡可以看出，過山車從最高端落下經(jīng)過最低點(diǎn)后又上滑一段，在軌跡最底端有最大速度值。

同樣，利用過山車位置坐標(biāo)信息可以繪出過山車從高處下落的速度圖，通過圖11、圖12可以看出，卡爾曼濾波后的速度圖與濾波前速度圖比較更有規(guī)律性。觀察濾波后的速度圖，過山車從高處落下時(shí)具有初始速度，速度隨下落距離增大而增大，到達(dá)底端獲得最大速度約87km/h。測量得到的軌跡和速度與廠家給出的數(shù)據(jù)基本吻合，說明了該方法的實(shí)用性。

6 結(jié)束語

TOF定位在定位區(qū)域、三維定位方面優(yōu)于TDOA定位，TOF定位不需要時(shí)鐘同步，較TDOA更容易實(shí)現(xiàn)，但定位速度慢限制了TOF定位的應(yīng)用，采用改進(jìn)雙向雙邊測距的TOF定位可大幅提高TOF定位速度，采用四基站時(shí)，定位時(shí)間約為原定位時(shí)間的1/4，并且經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可實(shí)現(xiàn)分米級的定位精度。為提高測量精度，結(jié)合UWB定位技術(shù)，用改進(jìn)雙向雙邊測距的TOF定位在過山車測速中的測量方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，將卡爾曼濾波算法應(yīng)用于過山車定位數(shù)據(jù)處理中。在游樂園里對過山車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示該定位技術(shù)能夠較好地完成對高速運(yùn)動(dòng)物體速度的測量，具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]盧偉軍，孫希延，紀(jì)元法，等.GPS偽衛(wèi)星高精度室內(nèi)定位技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2018，44（3）：36-39.

[2]裴凌，劉東輝，錢久超.室內(nèi)定位技術(shù)與應(yīng)用綜述[J].導(dǎo)航定位與授時(shí)，2017，4（3）：1-10.

[3]阮陵，張翎，許越，等.室內(nèi)定位：分類、方法與應(yīng)用綜述[J].地理信息世界，2015，22（2）：8-14.

[4]陳新科，喻川，文智力.UWB定位技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2018，46（S1）：187-189.

[5]IEEE Computer Society.Wireless medium access control（MAC）and physical layer（PHY）specifications for low-ratewireless personal area networks（WPANs）：IEEE Standard802.15.4a-2007[S].New York：IEEE，2007.

[6]韋子輝，馮正和，王志峰.脈沖超寬帶定位單元設(shè)計(jì)及應(yīng)用測試[J].電視技術(shù)，2014，38（23）：60-63.

[7]卞佳興，朱榮，陳玄.基于改進(jìn)雙向測距到達(dá)時(shí)間差定位算法的超寬帶定位系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2017，37（9）：2496.

[8]盧靖宇，余文濤，趙新.基于超寬帶的移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2017，43（5）：23-28.

[9]魏培，姜平，賀晶晶，等.基于內(nèi)三角形質(zhì)心算法的超寬帶室內(nèi)定位[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2017，37（1）：289-293.

[10]方文浩，陸陽，衛(wèi)星.基于區(qū)域判定的超寬帶井下高精度定位[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018（3）：1-7.

[11]FRESNO J M，ROBLES G，MARTINEZ-TARIFA J M，et al.Survey on the performance of source localizationalgorithms[J].Sensors（Base1），2017，17（11）：2666.

[12]梁民贊，黃子豪，曹占啟.曲線擬合與卡爾曼濾波器的濾波精度評估[J].無線電工程，2013，43（3）：36-39.

（編輯：譚玉龍）