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优化的卡尔曼滤波算法在UWB 定位系统中的仿真研究

2021-01-19王荣文杨权启

河南工学院学报 2020年6期
关键词:卡尔曼滤波优化系统

李 婕,王荣文,杨权启

(1.河南工学院 电气工程与自动化学院,河南 新乡 453003;2.新乡市机械设备运行状态智能监测工程技术研究中心,河南 新乡 453003)

0 引言

在室内定位技术研究中,定位的精度和坐标实时性问题一直都是热点和难点。近几年来,中国北斗与美国GPS 相继研发出了一些定位方法,但这些方法在室内环境中都无法获取较为精准的位置信息,因此研究一种针对室内的高精度定位系统是十分有必要的[1]。

超宽带(Ultra Wide Band,UWB)定位技术是一种采用纳秒级别的非正弦窄脉冲作为介质的无线载波通讯技术,因为其具有对信道衰落不敏感、截获能力低等特点而成为室内定位的优选方法。UWB 定位技术采用定位基站-被定位标签式的定位方法,在被定位标签附近放置3 个以上已知绝对坐标的基站,由每个基站测量出本基站和定位标签的绝对距离,通过几何解算得到标签的坐标[2]。

本文研究的主要内容是利用UWB 技术通过最小二乘法优化的卡尔曼滤波算法来对被定位系统的位置进行跟随和预测。首先通过UWB 技术对目标进行定位,获取被定位目标的平面坐标,并将定位的数据保存起来。该位置坐标是通过传感器直接获得的数据,故存在一定量的噪声和误差,所以需要用滤波算法对该数据进行处理[3]。假定被定位者在一个时间段内作匀速直线运动,由于卡尔曼滤波算法线性回归的特性,会使滤波器输出的坐标滞后于实际坐标。假定采用的传感器速度和控制器计算坐标的速度足够快,可以将被定位者视为在某一时间段内做直线运动。……

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