基于TDOA的无线局域网定位系统的研究与实现

摘要

随着无线通信技术的进步，基于位置的服务（LBS）已经深入到生活的各个方面，为人们日常生活带来方便快捷的服务体验。LBS的基础是定位技术。目前广泛使用的卫星定位系统在建筑密集区域和室内难以应用。借助泛在的无线局域网（WLAN）进行定位，可以扩大LBS的应用范围，具有重要的现实意义和研究价值。在WLAN定位中，信号到达时间差（TDOA）方法不需要接收机和发射机同步，日益得到了人们的关注。
　　本文研究了基于TDOA的WLAN定位。针对传统帧检测方法接收时间戳分辨率过低的问题，提出了基于相关峰值修正的时间戳细估计方法和基于多信标（Beacon）帧统计平均的时间戳超分辨率估计方法，能有效改善定位精度。针对现有系统方案过于复杂的问题，利用软件无线电开放和可重构的优势，设计了基于通用软件无线电外设（USRP）和GNURadio的实现方案，可显著降低系统开发成本和周期。根据以上研究成果，本文还搭建了基于TDOA的WLAN定位样机。样机包括接收机和系统后端。接收机基于USRP开发，实现Beacon帧的捕获以及帧到达时间（Rx timestamp）的打戳。系统后端由定位客户端和定位服务器组成。定位客户端基于GNURadio开发，完成Rx timestamp的提取和转发；定位服务器由一台PC担当，用来汇总保存多个接收机的Rx timestamp数据，并利用均方误差算法计算定位目标的位置。最后，做了时间戳精度和定位精度现场测试。时间戳实测结果验证了本文提出的改进时间戳估计方法的有效性；定位实测结果表明，设计和搭建的基于TDOA的WLAN定位系统误差在1m以下，达到了预期目标。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 室内定位技术

1.3 WLAN定位方法

1.4 论文工作内容

1.5 结构安排

第2章 基于TDOA的WLAN定位

2.1 TDOA基本原理

2.2 经典的TDOA算法

2.3 WLAN信号分析

2.4 基于TDOA的WLAN定位

2.5 改进的TDOA定位方法

2.6 系统设计

2.7 小结

第3章 接收机设计

3.1 USRP平台

3.2 接收机实现原理

3.3 小结

第4章 系统后端设计

4.1 后端总体设计

4.2 定位客户端

4.3 定位服务器

4.4 小结

第5章 测试及结果分析

5.1 时间戳精度测试

5.2 定位测试

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果