短距离高精度无线定位方法的研究及其实现

高精度定位技术在无线通信系统中的应用研究随着无线通信系统的快速发展，定位技术的广泛应用已经成为现实。

在移动通信和物联网等领域中，高精度定位技术的应用越来越重要。

本文将探讨高精度定位技术在无线通信系统中的应用，并分析其对无线通信系统的影响。

一、高精度定位技术的基本原理高精度定位技术是通过接收和处理无线信号来确定接收器的位置。

它依靠卫星导航系统、无线信号传输特性和信号处理算法等多种技术手段来实现。

其中最常见的技术包括全球定位系统（GPS）、北斗导航系统（BDS）、蓝牙定位、Wi-Fi定位等。

1. 全球定位系统（GPS）全球定位系统（GPS）是最常见和应用广泛的高精度定位技术。

它利用由卫星发射的定位信号，接收器接收到至少四颗卫星的信号后，通过三角定位原理计算出自身的位置。

GPS技术在高精度定位中具有较高的准确性和广泛的应用。

2. 北斗导航系统（BDS）北斗导航系统（BDS）是我国自主研发的卫星导航系统，与GPS类似，也可以提供高精度的定位服务。

BDS的建设和运行覆盖范围广泛，对无线通信系统具有很大的应用潜力。

3. 蓝牙定位和Wi-Fi定位蓝牙定位和Wi-Fi定位是利用蓝牙和Wi-Fi信号的强度和到达时间差等参数来计算接收器位置的技术。

它们适用于室内环境中的定位需求。

蓝牙和Wi-Fi定位技术由于其简单易用和低成本等优势，被广泛应用于商业和消费级应用中。

二、高精度定位技术在无线通信系统中的应用高精度定位技术在无线通信系统中有广泛的应用。

它可以提供精确的位置信息，为无线通信系统的优化和改进提供支持。

1. 无线网络规划和优化高精度定位技术可以提供具体的位置信息，帮助无线通信系统进行规划和优化。

通过定位信息，可以确定基站的布置位置、无线信号的传播模型等，从而优化网络覆盖和信号强度分布，提高无线通信系统的性能。

2. 室内定位和导航高精度定位技术在室内环境中的应用越来越重要。

在商场、医院、机场等室内场所，人们常常需要定位和导航服务。

厘米级室内无线定位方法研究作者：尹梦雪来源：《科技与创新》2015年第17期摘要：随着经济的快速发展和业务的不断扩充，人们对定位和导航的需求也越来越大，但是，市场上的定位工具很难满足人们对精确度的要求。

简要介绍了将声波与射频技术相结合完成定位工作一种方案，利用时间差测距，预计定位精度为20～50 mm，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：室内定位；超声波；电磁波；时间差中图分类号：TN92 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2015.17.0091 方案概述定位装置包括发射装置和接收装置两部分。

发射装置同时发射电磁波和超声波信号，接收装置从接收到电磁波信号开始计时，到第一次收到声波信号为止，由此得到Δt，接收装置据此计算出其与发射装置的距离。

至此，分别得到3个不同发射装置的坐标和接收装置到发射装置的距离，即可算出接收装置在空间中的坐标。

2 定位原理定位装置的定位原理如图1所示。

室内环境是三维立体空间，传感器节点有2种，分别为发射器和接收器节点，如图2所示，则假设发射器2节点之间的距离为L，坐标为（x，y，z），其中，x>0，y≥0，z≥0. 由于该节点发射的超声波信号方向性比较强，所以，需要合理布置发射器的节点位置。

经过计算，发射器距离接收器节点平面至少要保持大约180 cm的距离。

如图3所示，超声波信号到达接收器的路径有2条，分别是直接到达的路径P1和通过反射到达的路径P2。

假设2条路径分别为L1和L2，信号沿这2条路径到达接收器的时间间隔为T，例如L1-L2=2 m，T=（L2-L1）/V，则T≈6 ms。

设超声波发射器与接收器之间的距离为R，则传播时间为R/V。

超声波发射的脉冲持续宽度是Tus，则超声信号可以在时间Dus=R/V+Tus内消失。

因此，发射器的超声信号在时间间隔Dus内将消失，发射器发射的RF信号由于时间短也会消失，即如果2个发射器信号传播的间隔时间大于Dus，那么，接收器在接收信号时不会产生干扰。

高精度无线定位与导航系统设计与优化随着无线通信技术的快速发展和广泛应用，无线定位与导航系统已成为现代社会生活中不可或缺的一部分。

高精度无线定位与导航系统能够为人们提供准确的位置信息，使得各个行业更加高效和智能化。

本文将深入探讨高精度无线定位与导航系统的设计与优化。

一、高精度无线定位与导航系统的基本原理高精度无线定位与导航系统是基于无线通信技术和导航原理实现的。

其基本原理是通过接收来自卫星或基站的信号，利用三角定位或多普勒效应等方法计算出目标物体的准确位置。

1.1 无线通信技术高精度无线定位与导航系统使用的主要无线通信技术包括全球卫星定位系统（GNSS）、蜂窝网络（如4G和5G）、蓝牙、Wi-Fi等。

这些技术可以提供不同精度的位置信息。

1.2 三角定位三角定位是一种常见的无线定位方法，它基于三个或更多基站或卫星的信号。

通过测量信号的到达时间延迟，可以计算出目标的位置。

三角定位的精度受设备的精度、信号衰减和多径效应等因素的影响，需进行优化和校准。

1.3 多普勒效应多普勒效应是一种通过测量信号的频率来计算目标速度和方向的方法。

当目标物体以一定速度移动时，其接收到的信号频率会发生变化。

通过测量频率的变化，可以计算出目标的速度和方向。

二、高精度无线定位与导航系统设计的关键技术2.1 高精度天线设计天线是高精度无线定位与导航系统的重要组成部分，其设计在定位精度和系统性能方面起着至关重要的作用。

对于室内定位系统，多个天线应根据信号覆盖范围和干扰等因素进行布置，以实现最佳的定位效果。

2.2 信号处理算法高精度无线定位与导航系统的信号处理算法包括时间差测量(TDOA)、相位差测量(PDOA)、多普勒效应等。

这些算法需要对信号进行实时处理和精确计算，以提高定位的精度和鲁棒性。

2.3 数据融合与滤波数据融合与滤波是提高定位精度的关键技术。

通过将不同的定位信息融合在一起，并使用滤波算法对数据进行处理，可以减少误差和干扰，从而提高定位的准确性。

详解4种“无线定位”原理及算法今天，我们简单谈谈4种无线定位技术，感兴趣的小伙伴可以了解一下。

什么是无线定位技术？目标定位一直是一项不断发展且热门的技术，为什么这么热门呢 ? 当然是大家有着这样或那样的需求都需要用到它。

比如，某某公司为了监督员工，直接对园区进行每个人的活动定位，这时时被人监控的感觉绝对不好受；再比如医院对医生进行活动定位方便患者找到医生。

当然，做目标定位大部分都是为了路径的规划与自动导航控制，所以目标定位的精准度、灵敏度等性能就决定着整个控制系统的性能。

目前对于室外定位技术大部分都是采用GPS定位，不过大家应该体会过GPS信号弱导致位置迟迟无法更新，开车导航错过下高速路口的囧境等等。

既然室外定位都这么不稳定，那么在室内由于房屋的遮掩、GPS定位的信号和精度就更是无法满足要求了，所以诞生了一些特别室内定位技术，比如蓝牙、wifi、zigebee以及高精度UWB等等。

笔者觉得，所谓的定位技术，无非就是对信号的采集和处理，最终算出目标位置坐标。

下面，我们就来谈一下4种无线定位方法的基本原理与方法。

四种无线定位技术1、基于信号强度（RSSI）RSSI（Received Signal Strength Indication），基于信号的强度来进行目标定位。

这种方法应该是大家最容易想到的，比如我们离无线路由器越远wifi的信号越弱，这样我们就可以通过信号的传播模型与距离建立关系，最终进行目标位置的定位。

以发射源为中心，其信号的强度和传播呈现出同心圆的形式。

下面，我们以三点定位法来简单的推导一下基本原理：上面部署了三个信号发射源，目标定位分别检测来自三个发射源的信号强度，通过信号的路径损耗模型用信号强度获得发射与接受之间的距离d1、d2、d3，从而我们可以获得如下三个方程：通过联立上面三个方程即可获得最终的x、y坐标，至于怎么解，那就考察大家的数学功底了！好像这一切都是如此的简单，那接下来的研究就没啥意义了，其实信号的强度受周围环境影响较大比如隔墙，并且由于电源等等不稳定导致发射功率变化，如果非要采用此方法需要进行大量的数据进行模型的辨识与估测，同时信号强度具有时变性还需要进行实时补偿等。

Telecom Power Technology通信网络技术 2023年7月25日第40卷第14期· 197 ·Telecom Power TechnologyJul. 25, 2023, Vol.40 No.14向 巍：超低功耗短距离无线通信干扰源精准定位方法2.2 蓝牙技术蓝牙技术在短距离传输中，可以传输一些语音图像，有效抗干扰，并且保证传输的质量，共享信息资源。

基于蓝牙系统，可以进一步构造一个完整的信息系统，搭建一个系统化无线通信网络，加强信息传输工作效率。

除此之外，利用蓝牙技术能够有效降低各方面工作成本，并且可以脱离电缆展开工作，保证信息传输的效率和质量。

如果把蓝牙技术应用于家电设备，使人们可以方便快捷地操控电器，提高人们的生活质量。

但蓝牙技术投放的成本量相对来讲比较大，而且在实际应用中，也会存在一定的弊端，因此进一步提高远距离的信息传输效率[6,7]。

蓝牙技术示意如图2所示。

定位基站定位基站定位基站图2 蓝牙技术2.3 紫蜂技术紫蜂技术属于一种新型的技术，可以控制延时率，降低能源消耗，还可以减少投入成本，目前已被广泛应用于多个领域。

在移动设备中，利用紫蜂技术能够进行远距离传输，并且有更加精准的定位功能。

紫峰技术还有庞大的储存容量，广泛的应用范围，比如在智能化建筑领域、医疗领域以及军事领域中，应用效果较好。

2.4 超宽带技术超宽带技术用途范围广，价值突出，能够高效传输一些信息，也可以让测量工作更加的精准，另外能够在无线监测工作中可以发挥其高效的优点。

在无线通信领域，超宽带技术可以广泛应用于无线多媒体工作和网络工作，发挥出智能化功能。

通过利用超宽带技术，也可以保证工作范围的广泛性[8]。

3 无线通信干扰源定位3.1 对数衰减模型构建无线通信网络一般包含传感器节点、汇聚节点以及管理节点3部分[9]。

传感器节点在目标范围内利用自组织形式收集信息并进行处理，此外还要与其他节点进行合作，共同完成其它工作。

一种提高无线电测距定位精度的有效方法何世彪;孙宝刚;张力【摘要】无线电测距定位具有非常广泛的应用,许多应用场景需要有很高的测距定位精度.利用超宽带信号具有高测距定位精度的特性进行无线电测距定位,是当前流行的技术.测量的系统误差是影响测距精度的重要因素,在深入研究的基础上,提出基站对已知位置的锚点进行测距来估计测量的系统误差,然后利用此系统误差对未知位置的待测目标测距数据进行修正的方法.当待测目标与已知锚点的传播环境相近时,此方法非常有效.实验表明,该方法可以减少系统误差达65％以上,大大提高了测距精度.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2019(052)002【总页数】7页(P304-310)【关键词】无线电测距定位;超宽带;测距精度;系统误差【作者】何世彪;孙宝刚;张力【作者单位】重庆人文科技学院计算机工程学院,重庆 401524;重庆人文科技学院计算机工程学院,重庆 401524;重庆人文科技学院计算机工程学院,重庆 401524【正文语种】中文【中图分类】TN90 引言位置信息是一种特别重要的敏感信息，在工程实践和社会生活中具有广泛的应用，特别是在导航和敏感目标跟踪定位方面，更具有重要的意义。

“万物智联”的物联网时代，利用无线电的导航定位技术，已经用于社会的各个方面。

最典型的例子是全球卫星定位系统（Global Position System，GPS），而GPS在室内、坑道、丛林等遮挡环境中，由于接收不到卫星信号，而不能正常定位。

在救灾、货物仓储、无线传感器网络中，对定位的精度要求很高，GPS的定位精度也达不到要求，因此研究高精度的无线电定位技术便成为研究的热点。

对于无线电测距定位来说，定位建立在测距的基础上。

提高定位精度，关键是提高测距精度。

目前，利用超宽带无线定位技术，测距精度可达到厘米级。

但是，理论的精度不等于实际的工程精度。

由于无线电在传输过程中存在多种不确定因素，如噪声干扰、遮挡、收发两地的时钟不一致以及时钟漂移、处理带宽和信噪比等，因此一般的无线测距定位系统都存在着系统误差。

高精度低复杂度的无线定位新方法杨小凤;陈铁军;刘峰【摘要】针对高精度的无线定位算法普遍存在运算量较大的问题,提出了一种二维波束空间矩阵束算法进行波达时间(TOA)和波达方向(DOA)联合估计,能够以较低的复杂度准确定位目标.该算法先通过离散傅里叶变换(DFT)波束形成矩阵将阵元空间的接收数据复数矩阵变换成波束空间的降维实数矩阵,使得运算量大幅度降低;再通过奇异值分解和求矩阵对的广义特征值估计视距信号TOA和DOA,从而确定目标位置.Matlab仿真实验结果证明,这种定位方法的均方根误差最好达到0.4m,运算量不到阵元空间对应算法的1/4,是一种高精度低复杂度的无线定位方法,尤其适用于资源有限的特殊环境(如战场、地震灾区、偏远山区等)中的无线网络定位.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2014(034)002【总页数】4页(P322-324,337)【关键词】无线定位;波束空间;波达时间;波达方向【作者】杨小凤;陈铁军;刘峰【作者单位】玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000【正文语种】中文【中图分类】TN911.7无线定位广泛应用在人们日常生活的诸多领域：紧急呼叫[1]、交通导航[2]、消防队跟踪调度[3]等。

近年来，基于波达时间(Time-Of-Arrival, TOA)和波达方向(Direction-Of-Arrival, DOA)联合估计的无线定位算法备受关注[4-6]。

这类算法只需要一个基站就可以准确估计出视距信号到达时间参数和角度参数，从而确定目标位置，系统的复杂度较低。

其中最著名的高精度算法有：信号到达角度和时间联合估计—多重信号分类算法(Joint Angle and Delay Estimation-MUltiple SIgnal Classification, JADE-MUSIC )[7]，信号到达角度和时间联合估计—旋转不变子空间算法(Joint Angle and Delay Estimation-Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, JADE-ESPRIT)[8]等。

uwb超宽带⽆线通信技术（⾼精度定位）UWB(定位技术)超宽带⽆线通信技术⼀、UWB调制技术超宽带⽆线通信技术（UWB）是⼀种⽆载波通信技术，UWB不使⽤载波，⽽是使⽤短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到⼀个频率范围内。

它源于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术。

传统通信⽅式使⽤的是连续波信号，即本地振荡器产⽣连续的⾼频载波，需要传送信息通过例如调幅，调频等⽅式加载于载波之上，通过天线进⾏发送。

现在的⽆线⼴播，4G通信，WIFI等都是采⽤该⽅式进⾏⽆线通信。

下图是⼀个使⽤调幅⽅式传递语⾳信号的的连续波信号产⽣⽰意图。

图1 连续波调幅信号⽽脉冲超宽带IR-UWB(Impluse Radio Ultra Wideband)信号，不需要产⽣连续的⾼频载波，仅仅需要产⽣⼀个时间短⾄nS级以下的脉冲，便可通过天线进⾏发送。

需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度，时间，相位进⾏加载，进⽽实现信息传输。

下图是使⽤相位调制⽅式传输⼆进制归零码的IR-UWB信号产⽣⽰意图。

图2 IR-UWB调相信号从频域上看，连续波信号将能量集中于⼀个窄频率内，⽽UWB信号带宽很⼤，同时在每个频点上功率很低，如图3所⽰。

图3 IR-UWB信号频谱在⽆线定位中，使⽤IR-UWB信号相对于窄带信号的主要优势为，IR-UWB信号能准确分⽴⽆线传输中的⾸达信号和多径反射信号，⽽窄带信号不具备该能⼒。

主要有三种应⽤：成像、通信与测量和车载雷达系统，再宏观⼀点，可以分为定位、通信和成像三种场景。

·通信：因为⼤带宽，所以UWB⼀度被认为是USB数据传输的⽆线替代⽅案，蓝⽛的问题是传输速度太慢。

UWB还常⽤于军⽤保密通信，这主要也是因为UWB脉冲的能量很低，很容易低于噪声门限，不容易被其它⽆线电系统监听到。

UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能实现数百Mbit/s⾄2Gbit/s 的数据传输速率。

⽽且具有穿透⼒强、功耗低、抗⼲扰效果好、安全性⾼、空间容量⼤、能精确定位等诸多优点，可以说是个超级“潜⼒股”，很有可能在将来成为家庭主⽤的⽆线传输技术。