陆上UWB和水下UWA本地定位系统

无线定位技术是实现高效无线通信网络的一项关键技术。目前的陆地定位和导航应用主要依赖于全球定位系统。但是，在某些特定无线网络场景中，卫星信号强度受到多径和干扰的影响而减弱，从而导致该系统的应用受到严重局限。另外，地球表面71％被海洋覆盖，而全球定位系统在水下的应用却不可行。人们已开始进行海底开采以缓解资源短缺, 发展海洋经济的潜力更是不可估量。在不久的将来，具有定位能力的水下传感器将变得更为重要。本项目将研究高精度陆地和水下本地定位系统的基本原理和算法。研究内容包括：1）超宽带（UWB)在密集多径下的测距与定位；2）除了超宽带信号基于到达时间(ToA）的估计算法，还将研究未知多径下ToA算法的理论性能分析；3）充分利用水下特有的多普勒效应，将超宽带定位算法扩展到水声(UWA)信号。本项目的最终目标是实现随地网络通信（anywhere networking）的定位精度和可靠性的高度统一。

无线定位技术是实现高效无线通信网络的一项关键技术。目前的陆地定位和导航应用主要依赖于全球定位系统。但是，在某些特定无线网络场景中，卫星信号强度受到多径和干扰的影响而减弱，从而导致该系统的应用受到严重局限。另外，地球表面71％被海洋覆盖，而全球定位系统在水下的应用却不可行。人们已开始进行海底开采以缓解资源短缺, 发展海洋经济的潜力更是不可估量。在不久的将来，具有定位能力的水下传感器将变得更为重要。本项目主要研究了高精度陆地和水下本地定位系统的基本原理和算法。研究内容包括：1）超宽带（UWB)在密集多径下的测距与定位，我们提出的第一到达时间算法（Focusing on First arrival，FoFa）从ToA的角度来处理非常密集的多径效应的问题。与ToA估计算法相比，我们的算法只用15％的运算成本就能够在精度上得到显著的提升；2）除了超宽带信号基于到达时间(ToA）的估计算法，还研究了未知多径下ToA 算法的理论性能分析，主要分析UWB 锚节点和目标节点之间的时间同步、多个锚节点之间的协同、在非视距下的测距数据融合、定位准度和精度分析以及与其他定位和导航技术的融合等；3）充分利用水下特有的多普勒效应，将超宽带定位算法扩展到水声(UWA)信号。我们提出了多普勒为核心的方法（Doppler-friendly approach），该方法能够充分利用多普勒效应，从而受益于多普勒效应。本项目的重要意义在于实现随地网络通信（anywhere networking）的定位精度和可靠性的高度统一。