基于60GHz脉冲的高精度室内定位技术及算法研究

摘要

随着无线通信和无线定位技术的不断发展，人们对于室内导航与定位的需求日益增大。特别在医疗、精密仪器制造等较为复杂的环境中，经常需要移动终端、传感器等无线设备精确的定位。目前常用于室内定位的Wi-Fi技术、红外技术、超宽带等无线定位技术都不能实现高精度定位，而且无线低频段频谱空间大部分已被占用。与这些技术相比，60GHz无线电脉冲凭借时间分辨率高，多径分辨能力强，可利用频带资源多的优势，在室内短距离定位技术中脱颖而出。本文围绕如何提高60GHz无线电定位精度展开研究，从视距与非视距室内定位两方面对60GHz定位系统展开研究。
　　通过研究和仿真发现，在视距环境下基于时间测距定位方案能够充分发挥60GHz脉冲的高时间、多径分辨率的优势实现厘米级别定位。然而由于室内环境的复杂性，易受到反射、多径效应、障碍物阻挡等因素的影响，使得60GHz脉冲定位在不可视信道下较难实现精确定位，采用基于时间测距定位方法定位误差较大。本文针对上述问题，提出了将指纹定位算法应用于60GHz脉冲定位，并对传统的指纹定位方法进行改进，引进模糊指纹定位和加权K最近邻（ K-Nearest Neighbor，KNN）指纹定位两种方案。本文基于当前经典定位模型提出了一种模糊指纹定位方法，该方法利用位置点与采样点的贴近度来获取该点的位置信息，简化了坐标求解，从而减少了匹配复杂度，具有较强的抗干扰性。加权KNN指纹定位算法解决了传统匹配算法因没有考虑相似信号强度而导致的指纹节点分散，降低了外在因素对定位精度的影响。仿真结果表明采用60GHz脉冲在不可视信道下的模糊指纹定位和加权KNN指纹定位的定位精度可达到分米级，解决了60GHz脉冲定位在室内非视距环境下定位精度差的难题。
　　本论文的研究结果兼具理论价值和实际应用价值，为研发60GHz脉冲定位系统奠定坚实的理论基础，同时可促进60GHz脉冲定位在室内精确定位领域的商用。