【正文】 ，為 1ms，通過在軟件設(shè)計(jì)上加以補(bǔ)償可以減小誤差。 表 51 實(shí)際位置 （ x,y,z） 第一次測量 第二次測量 第三次測量 第四次測量 （ 35， 25， 5） （ 37， 23， 4） （ 34， 25， 6） （ 33， 24， 5） （ 36， 24， 4） （ 20， 40， 5） （ 21， 42， 7） （ 19， 41， 6） （ 22， 40， 7） （ 20， 41， 4） （ 30， 25， 10） (28， 27， 9) （ 30， 23， 9） （ 29， 24， 11） （ 32， 26， 8） （ 27， 27， 27） （ 25， 26， 28） （ 26， 25， 29） （ 27， 29， 25） （ 28， 26， 27） 通過對定位數(shù)據(jù)的分析， 測量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相近卻不相同。 信標(biāo)超聲波發(fā)射示意圖如 圖 42 所示， 信標(biāo)的外觀圖如圖 43 所示，信標(biāo)的電路板如圖 44 所示，超聲波發(fā)送電路圖如 45 所示 。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 2ASK 解調(diào)器 和模擬常規(guī)調(diào)幅信號的解調(diào)一樣， 2ASK 信號也有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式，兩種解調(diào)器的方框圖如圖 38 所示。 2ASK 稱為二進(jìn)制振幅鍵控 又稱為 OOK，它是以單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關(guān)閉。 通過仿真產(chǎn)生 5 級 m序列波形如上圖所示。比如，先用要傳送的信息對載波進(jìn)行調(diào)制，再用偽隨機(jī)序列（ PN 序列）擴(kuò)展信號的頻譜；也可以先用偽隨機(jī)序列與信息相乘（把信息的頻譜擴(kuò)展），再對載波進(jìn)行調(diào)制，二者是等效的。式中變量如圖 25 所示。因此， AOA 算法只需要個(gè)參考點(diǎn)就可以確定位置，而 2 條直線只有一個(gè)交點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)軌跡有多個(gè)交點(diǎn)的現(xiàn)象。 圖 21 超聲測距 傳感器實(shí)物 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 超聲波定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式 根據(jù)信號傳遞方向不同，超聲定位系統(tǒng)可以分為如下三類： 倒 GPS 超聲定位系統(tǒng) [25]：在 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，定位物體只接收信號，不發(fā)送信號，信號只由衛(wèi)星進(jìn)行廣播。 通過軟件仿真進(jìn)一步 證明本方案的可行性。 SpotON[23]是一個(gè)利用 RFID 的點(diǎn)對點(diǎn)定位系統(tǒng)。本地控制器向中心控制器提交距離測量值，中心控制器再進(jìn)行延遲計(jì)算。如果這個(gè)時(shí)候有一 套室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)能夠告知你的位置，指引你到你想要去的地方 你一定會(huì)感到舒服多了。本系統(tǒng) 具有快速定位和定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，并且能實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位，使多目標(biāo)同時(shí)定位或?qū)Ш降膽?yīng)用成為可能，特別適用于多目標(biāo)的室內(nèi)協(xié)同工作，如井下人員的精確定位、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)捕獲以及室內(nèi)無人機(jī)和機(jī)器人的航跡規(guī)劃等。 南京郵電大，復(fù)旦大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)曾經(jīng)對 UWB[10]位技術(shù)進(jìn)行過研究， UWB定位技術(shù)有定位精度高，不易受到干擾，實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)用范圍受到無長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 線電管理相關(guān)法律的限制，目前美國 FCC 允許在一定條件下使用 UWB。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是：需要的基站不僅少，而且實(shí)現(xiàn)了建筑物內(nèi)的無線上網(wǎng)、位置感知等多種功能。雖然已經(jīng)設(shè)計(jì)出一些硬件，但完整的系統(tǒng)到目前還沒有建成。正常人所能聽到的聲音頻率在20Hz－ 20kHZ 范圍內(nèi)，頻率低于 20Hz 或高于 20kHz 人耳都聽不到。與上行應(yīng)答相反，下行應(yīng)答方式又稱二次雷達(dá)方式 ， 它首先由定位物體發(fā)出呼叫信號 ， 所有基站應(yīng)答 ， 定位物體接收應(yīng)答信號并估計(jì)與基站之間的距離。 超 聲 波 脈 沖 信 號距 離 dT 1 T 2T 2 T 1 ＝ 傳 輸 時(shí) 間無 線 信 號 圖 24 TDOA 的原理圖 1212ccs cc? ? （ 1） 12()d T T S? ? ? （ 2） 基于測距的定位算法有很多種，如 RSSI（接收信號強(qiáng)度）、 TOA（到達(dá)時(shí)間）、AOA（到達(dá)角度）、 TDOA(到達(dá)時(shí)間差 )等，從多方面考慮， TDOA 定位技術(shù)更適合本系統(tǒng)。對采集到的超聲波信號進(jìn)行相關(guān)處理，確定是幾號基站發(fā)過來的超聲波信號，從而確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生 本系統(tǒng)采用 CDMA 技術(shù)，給每個(gè)基站分配一個(gè)單獨(dú)的偽隨機(jī)碼，將偽隨機(jī)碼與超聲載波進(jìn)行二進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制 (偽隨機(jī)二進(jìn)制序列為高電 1 時(shí)，發(fā)送超聲脈沖；為低電平 0 時(shí)，不發(fā)送超聲脈沖 )，從而區(qū)分不同基站發(fā)來的 超聲波信號。調(diào)制是通過改變高頻載波即消息的載體信號的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化來實(shí)現(xiàn)的。二進(jìn)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(shí)現(xiàn)通或斷。 仿真結(jié)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(kuò)頻信號，擴(kuò)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。 圖 49 溫度控制電路 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第 5 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 本系統(tǒng)介紹了基于 CDMA 的室內(nèi)超聲波定位技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)對超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)中產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行了分析。 λ－ 氣體定壓熱容與定容熱容的比值 。 本論文首先介紹了關(guān)于室內(nèi)定位的國內(nèi)外現(xiàn)狀，通過對這些技術(shù) 的簡單介紹，最后確定用超聲波做室內(nèi)定位。 值此論文完成之際 ， 謹(jǐn)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 。 （ 3）、軟件方面還可以進(jìn)一步優(yōu)化以便提高測量精度。 射頻同步 射頻同步是本系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 cc2430 無線模塊實(shí)現(xiàn)射頻同步，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量，發(fā)現(xiàn)在射頻同步方面存在延時(shí)。 圖 53 平均值法測量數(shù)據(jù)折線圖 三維定位 在實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)對一個(gè)已知點(diǎn)測距，結(jié)果如 表 51 示。 圖 41 中心站實(shí)物圖 信標(biāo) 信標(biāo)由無線模塊和超聲波發(fā)送模塊組成，負(fù)責(zé)接收中心站發(fā)來的同步指令，長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 并啟動(dòng)超聲波發(fā)送模塊發(fā)送擴(kuò)頻超聲波信號。接收端必須通過解調(diào)恢復(fù)所傳送的消息才能加以利用。為低電平 “0”時(shí)，不發(fā)送超聲脈沖。 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(shè)計(jì)，采用五個(gè)延遲器搭建電路 ，延遲器初值依次 設(shè) 為 0， 0， 0， 0， 1。它的產(chǎn)生包括調(diào)制和擴(kuò)頻兩個(gè)步驟。確定需要定位的目標(biāo)點(diǎn)后，使用系統(tǒng)硬件手段和軟件程序測出目標(biāo)點(diǎn)和三個(gè)參考點(diǎn)的距離 l、 m、 n，算出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值。由 2 個(gè)參考點(diǎn)得到的 2 根方向線的交點(diǎn)就是目標(biāo)點(diǎn)的位置，如圖 23 所示。在本系統(tǒng)中采用雙探頭超聲波傳感器，如圖示 。第三章首先介紹 CDMA 技術(shù)， 其次 重點(diǎn)介紹了本系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)的過程。不足之處在于缺乏集中的管理或監(jiān)控，對于移動(dòng)接收端還有計(jì)算負(fù)擔(dān)和能耗的負(fù) 擔(dān)。屋頂?shù)拿總€(gè)傳感器測量出從復(fù)位到超聲到達(dá)的時(shí)間間隔，并計(jì)算出 Bat 標(biāo)簽到它的距離。 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(shè)施的，一旦 迷路只能到處亂找，看著周圍幾乎一模一樣的設(shè)施以及不知所云的路標(biāo)，心情一定很焦急。 關(guān)鍵詞： CDMA 三維動(dòng)態(tài) 定位 射頻同步 超聲波 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT The system bines the advantages of the radio frequency munications such as lowcost, low power consumption and high precision of the ultrasonic positioning. while avoiding their disadvantages, such as separate radio frequency identification accuracy is not high, the limited coverage of ultrasonic ranging. We proposed a threedimensional indoor ultrasonic positioning system that base on CDMA technology. It can achieve high localization and realtime centimeterlevel positioning accuracy. The system is fast positioning and high precision positioning The system can achieve the positioning of multiple mobile target nodes, so that multiobjective positioning or navigation applications also bee possible, especially for the multiobjective work in the room, such as the precise location of the underground personnel, medical care, capture the remote object, indoor UAV, and paining the path of the robot and so on. Key words: CDMA； Threedimensional dynamic； RF synchronization；Ultrasonic 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目錄 摘要 ................................................................................................................................. I ABSTRACT ................................................................................................................... II 目錄 ............................................................................................................................... III 第 1 章 緒論 .........................................................................................................