明华 刘璟 李志咏 周新宇

摘 要 针对发电厂内三维定位的需求，对Chan算法应用TDOA三维定位系统的性能进行了分析，选取均方根误差（RMSE）为评价指标，进行了基站最优个数的仿真研究。在对Chan算法定位性能与基站数目关系仿真分析基础上，构建了一套UWB-TDOA定位系统进行验证，仿真和实验结果表明：论文提出的5基站定位系统能够满足实际定位需求。

关键词 超宽带;Chan算法;TDOA;三维定位

引言

UWB（Ultra Wide Band）技术是一种新型无线通信技术。该技术通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽[1]，非常适用于室内定位。

按照测量参数的不同，UWB定位方法主要有基于信号到达时间的定位方法（TOA）和基于信号到达时间差的定位方法（TDOA）[2]。

TDOA与TOA定位精度相当，但其定位过程中无须待测标签与基站间的同步，只需各基站间的时钟同步，这大大降低了同步难度[6]。综合定位精度、功耗以及容量等方面的考虑[7]，本文采用TDOA三维定位方法来实现室内定位。

当信噪比比较高时，TDOA的测量误差服从高斯分布[8]，为了解决这个问题，Y.T.Chan提出了一个使用两步最大似然估计来计算目标位置的算法，即Chan算法[9]。本文结合电厂三维定位实际需求，对Chan算法应用TDOA三维算法中的定位精度与基站数目进行分析和仿真，并基于UWB系统与基站进行实验验证。

1基于Chan的三维定位算法研究

1.1 Chan算法

Chan算法[10]是一种具有解析表达式的非递归双曲线方程组的TDOA位置估计算法。该算法具体过程如下：

1.2 Chan算法的仿真与分析