基于TOA的人员定位系统中人体对测距精度的影响研究

Human tracking is an important application field of wireless localization system. Time of arrival (TOA) is a distance measurement technology with high accuracy and feasibility,which is appropriate for implementing the wireless localization system. For a TOA-based human tracking system, the human body mounted with sensor would cause non-line of sight (NLOS) and thus cause a huge distance measurement error and further affect the localization accuracy. Measurement and modeling the RF propagation and distance measurement error is an effective way to study the effect of human body on TOA distance measurement. However, the existiing relate models for TOA techneque in the literature are implemented without taking the human body into account. Therefore, in this proposal, we plan to study how the human body causes distance measurement error and analyze the profile of the error by measurement and modeling the creeping wave and TOA distance measurement error for TOA based human tracking system. We would apply our moelding results to a testbed for performance evaluation of TOA based human tracking system. The accuracy of distance meausrement and localization of a real TOA based human tracking system measured by the testbed would be compared with the results of field testing to verify the testbed and models.

无线人员定位系统是一个具有巨大潜力和市场的应用方向。TOA定位技术同时具备较高定位精度和技术可行性，是实现无线人员定位系统较为可行的技术。在TOA人员定位系统中，佩戴传感器的人体会造成非视距传输现象，造成大的测距误差，影响定位精度。因此，必须要考虑人体对TOA测距精度的影响。对信号传播和TOA测距误差进行测量与建模是研究人体如何对测距误差造成影响以及影响程度的一种有效方法。而现有的相关模型在建模过程都没有考虑人体因素在TOA定位中的影响，所以本课题拟通过测量和建模的方法研究TOA人员定位系统中人体对TOA测距精度的影响。并将测量和建模成果应用到TOA人员定位系统性能测试平台中，通过测试平台对实际定位系统的评估结果与现场实测结果对比来验证平台的有效性和模型的正确性。

室内人员定位是TOA定位技术很重要的应用。TOA定位研究中，信道模型和测距误差模型是定位算法和系统性能评估的重要基础，可以分别为测距算法和定位算法研究提供仿真数据。现有针对TOA的信道模型和测距误差模型并没有针对人员定位进行测量，模型中不包括人体对信道和测距精度的影响。本课题通过测量和统计建模的方法建立了人体对TOA信号传输的影响模型和针对室内TOA人员定位的测距误差模型。在人体对TOA信号传输的影响模型中，本文实现了基于网络分析仪的信道测量平台、在射频暗室进行了人体影响的信道测量。基于测量结果建立 对First Path信号衰减的影响模型、对First Path信号传输时间的影响模型和对Total Path信号衰减模型。三个模型均清晰的反应了人体对TOA测距信号的影响。在面向室内人员定位的TOA测距误差模型方面，本项目针对胸卡式标签和腕带式标签两种佩戴方式，在普通的教室环境中进行了测距误差的测量。建立了人体角度、信号带宽和信噪比相关的测距误差模型。实测数据和模型产生的数据对比验证了模型的正确性。在模型应用方面，课题利用Ray-tracing和信道模拟器搭建了用于TOA定位的物理仿真平台，实现了真实定位系统在室内环境中的测距和定位性能评估难题。