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基于UWB技术的道路车辆定位算法研究
| 论文题名： | 基于UWB技术的道路车辆定位算法研究 |
| 关键词： | 道路车辆定位;双边测距;信号到达时间差;飞行时间;超宽带技术 |
| 摘要： | 《内蒙古自治区“十四五”综合交通运输发展规划》提出实施智慧绿色平安交通建设工程，推动打造先进智能、低碳环保、安全可靠的综合交通运输体系，其中重要的一环是建设和完善公路交通运营与监管服务体系。基于该规划，课题组申请获批了内蒙古自治区科技计划项目：高速公路智能道路感知与不停车收费系统（Electronic Toll Collection，ETC）融合监测系统。系统由实时监控车辆运行状态功能、路段通行能力分析功能、车辆统计功能和车辆行驶轨迹历史重现功能等组成。本论文主要在综合考虑定位精度以及系统容量的基础上，研究优化运动目标的定位算法。 本文主要围绕基于超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术的定位算法展开，以实现道路行驶车辆定位及车道定位的需求为目标，主要做了以下研究工作： （1）对飞行时间（Time of Flight，TOF）测距算法进行研究，通过建立误差模型的方式重点对双向测距（Two-Way Ranging，TWR）算法的测距误差进行了理论上的推导分析，并在误差模型的基础上，对三种不同情况下的TWR算法的测距误差进行了数值仿真验证，分析比较了不同TWR算法的优缺点。理论分析结果以及仿真结果均表明，在一般情况下使用改进的双边测距（Alternative Double Sided Two-Way Ranging，ALTDS-TWR）算法进行测距可以有效的减少误差。 （2）对信号到达时间差（Time Different of Arrival，TDOA）与TOF联合定位算法进行研究优化，基于道路车辆定位高精度、高刷新率以及高系统容量的需求，改进了TDOA和TOF联合定位算法。重点解决了单一的TDOA算法定位精度不稳定，以及传统TOA算法定位时需要进行多次TOF测距导致UWB通信量较大的问题，在保证系统定位精度的同时有效提升了系统容量。在时间同步上，该联合算法采用无需连续同步的方式，非常适用于道路车辆定位这样的高实时性定位环境。时间性能分析结果和仿真结果表明，相较于传统单一的定位算法，改进的TDOA与TOF联合算法提高了定位精度的稳定性，同时节省了系统容量。 （3）完成了定位系统中定位模块的软件设计。在公路场景下进行实车测试，对测试得到的位置数据进行分析，说明基于TDOA与TOF联合算法的定位系统基本可以达到项目要求，本算法可以为高速公路智能道路感知与ETC融合监测系统的实现提供定位算法支撑。 |
| 作者： | 刘畅 |
| 专业： | 信息与通信工程 |
| 导师： | 白凤山 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 内蒙古大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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