【正文】 ........................................6 TDOA(到達時間差 )測距 .........................................................................6 三邊定位算法 .........................................................................................7 超聲波定位系統(tǒng)組成及工作原理 ....................................................................9 第 3 章 軟件仿真 .........................................................................................................12 CDMA(碼分多址 )技術 ....................................................................................12 偽隨機序列的產(chǎn)生 ..........................................................................................12 m序列與超聲載波的調(diào)制 ..............................................................................14 數(shù)字信號調(diào)制及其分類 .......................................................................14 二進制振幅鍵控（ 2ASK） ...............................................................14 2ASK 仿真結果 .....................................................................................15 接收端載波解調(diào) .............................................................................................16 2ASK 解調(diào)器 .........................................................................................17 仿真結果 ...............................................................................................17 第 4 章 硬件設計 .........................................................................................................20 中心站 .............................................................................................................20 信標 .................................................................................................................20 目標節(jié)點 .........................................................................................................22 第 5 章 實 驗結果分析 .................................................................................................24 實驗數(shù)據(jù)分析 .................................................................................................24 誤差分析 ..........................................................................................................25 第 6 章 總結與展望 .....................................................................................................27 全文總結 .........................................................................................................27 展望 ..................................................................................................................27 致謝 ...............................................................................................................................28 參考文獻 .......................................................................................................................29 長春理工大學本科畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒論 課題研究目的和意義 現(xiàn)今的 “位置服務 ”領域非常的火熱，但其大部分都是服務于戶外移動用戶。例如，在開闊的室外環(huán)境中，全球定位系統(tǒng)（ GPS）目前已能提供非常精確的定位信息。 如果是大型商場還可以向其他人問路，如果是地下停車場這樣的無人值守設施的，一旦 迷路只能到處亂找，看著周圍幾乎一模一樣的設施以及不知所云的路標，心情一定很焦急。每個用戶需要攜帶一個小的紅外線標記設備。屋頂?shù)拿總€傳感器測量出從復位到超聲到達的時間間隔，并計算出 Bat 標簽到它的距離。第二，它只是二維定位，并不適用于多層建筑內(nèi)的定位，或者建筑內(nèi)的三維定位。不足之處在于缺乏集中的管理或監(jiān)控，對于移動接收端還有計算負擔和能耗的負 擔。并且以上幾個系統(tǒng)都存在的不足，使得它們尚處在研究階段，仍然有很多可以改進的地方。第三章首先介紹 CDMA 技術， 其次 重點介紹了本系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)的過程。 超聲波屬于機械波，超聲波在空氣中傳播幾乎不受光線、粉塵、煙霧、電磁干擾和有毒氣體的影響。在本系統(tǒng)中采用雙探頭超聲波傳感器，如圖示 。 類 GPS 超聲波定位系統(tǒng) [25]：在類 GPS 超聲波定位系統(tǒng)中，用超聲波取代電磁波，用在固定位置處配置的超聲波發(fā)射傳感器 (基站 )取代 GPS 中的空間衛(wèi)星星座。由 2 個參考點得到的 2 根方向線的交點就是目標點的位置，如圖 23 所示。 由于本系統(tǒng)中無線信號采用射頻信號，其傳播速度（大約為 3*108m/s）接近光速，遠大于超聲波的傳播速度（常溫下，大約為 340m/s）。確定需要定位的目標點后，使用系統(tǒng)硬件手段和軟件程序測出目標點和三個參考點的距離 l、 m、 n，算出目標點的坐標值。 本系統(tǒng)工作流程圖如圖 27 所示。它的產(chǎn)生包括調(diào)制和擴頻兩個步驟。M 序列是最常用的一種偽隨機序列，它是由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的周期最長的序列。 圖 31 級線性反饋移位寄存器產(chǎn)生 m 序列的仿真系統(tǒng) 圖 33 F(x)=1+ x3+x5 在 matlab 軟件的 simulink 完成系統(tǒng)框圖設計，采用五個延遲器搭建電路 ，延遲器初值依次 設 為 0， 0， 0， 0， 1。 通信系統(tǒng)中，用的數(shù)字調(diào)制方式有 ASK（振幅移鍵控調(diào)制 )，控制 載波的幅度。為低電平 “0”時，不發(fā)送超聲脈沖。比如當序列 an 為 1001 時所對應的 B(t)波形以及 B(t)對載波信號進行調(diào)制所得的 OOK 的典型波形如圖 33 所示。接收端必須通過解調(diào)恢復所傳送的消息才能加以利用。 以下是 搭建電路及 仿真結果 。 圖 41 中心站實物圖 信標 信標由無線模塊和超聲波發(fā)送模塊組成，負責接收中心站發(fā)來的同步指令，長春理工大學本科畢業(yè)設計 21 并啟動超聲波發(fā)送模塊發(fā)送擴頻超聲波信號。 實驗數(shù)據(jù)分析 在室溫 (如 :15℃ )環(huán)境下 ，進行試驗。 圖 53 平均值法測量數(shù)據(jù)折線圖 三維定位 在實驗空間內(nèi)對一個已知點測距，結果如 表 51 示。 T－ 氣體的絕對溫度 。 射頻同步 射頻同步是本系統(tǒng)關鍵點，本系統(tǒng)采用 cc2430 無線模塊實現(xiàn)射頻同步，經(jīng)過實驗測量，發(fā)現(xiàn)在射頻同步方面存在延時。綜合超聲波的定位算法，我采用了 TDOA 測距方法。 （ 3）、軟件方面還可以進一步優(yōu)化以便提高測量精度。 感謝實驗室所有師兄，在學習中給予我很多的幫助 。 值此論文完成之際 ， 謹再一次向尊敬的楊老師 和 肖金紅 師兄 表示衷心的感謝 ， 并致以崇高的敬意 。這樣的適當改進可以簡化電路、會消除由分立元件帶來的隨機誤差，進一步提高測量精度。 本論文首先介紹了關于室內(nèi)定位的國內(nèi)外現(xiàn)狀，通過對這些技術 的簡單介紹，最后確定用超聲波做室內(nèi)定位。如果按照相同聲速來計算，測量距離也會隨之改變 %。 λ－ 氣體定壓熱容與定容熱容的比值 。得到如下圖 示。 圖 49 溫度控制電路 長春理工大學本科畢業(yè)設計 24 第 5 章 實驗結果分析 本系統(tǒng)介紹了基于 CDMA 的室內(nèi)超聲波定位技術，通過實驗對超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)中產(chǎn)生誤差的原因進行了分析。 中心站 中心站采用無線龍公司提供的基于 CC2430 的 ZiGBee 開發(fā)套件，控制整個系統(tǒng)的時間同步，并給目標節(jié)點提供各個信標的位置信息，接收來自目標節(jié)點的位置信息，同時通過串口上傳給上位機，在上位機上顯示。 仿真結果 本系統(tǒng)采用 simulink 仿真，通過搭建模塊完 成解調(diào)， 圖中 out1（產(chǎn)生 m序列的仿真電路 36 的封裝電路） 是產(chǎn)生 m 序列的單元， out1 與 sine wave（超聲波40k）相乘得到擴頻信號，擴頻信號經(jīng)過 AWGN（模擬信道）得到衰減信號，由于信號中存有高頻噪聲信號需經(jīng)過 放大器，再經(jīng) Analog Filter Design（帶通濾波器） 濾除噪聲。通過解調(diào)從攜帶消息的已調(diào)信號中恢復消息。二進制幅度鍵控中最簡單的形式稱為通 ——斷鍵控（ OOK），即載波在數(shù)字信號 1或 0 的控制下來實現(xiàn)通或斷。 m序列與超聲載波采用 BPSK 調(diào)制方式時