UWB檢測與測距低復(fù)雜度技術(shù)研究.pdf

1、擁有極高瞬時帶寬的脈沖超寬帶(Impulse Radio Ultra—wideband，IR—UWB)技術(shù)不僅在無線通信領(lǐng)域積累了豐富的技術(shù)成果，而且在目標(biāo)檢測、測距定位以及成像探測等方面也得到了廣泛的研究與實際應(yīng)用。IR—UWB技術(shù)在穿透能力、精細分辨、精確測距、高速傳輸、抗多徑和抗干擾等方面具有獨特的優(yōu)勢，在應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)上具有低復(fù)雜度、低功耗和低成本的巨大潛力。眾所周知，IR—UWB系統(tǒng)低復(fù)雜度設(shè)計的主要瓶頸問題是其過高的采樣速率要

2、求，極高采樣速率和高精度ADC的使用將極大限制IR—UWB技術(shù)在低功耗與低成本環(huán)境中應(yīng)用。研究表明，低位寬高速采樣與處理技術(shù)是降低IR—UWB通信復(fù)雜度的可行途徑，而適用于檢測與測距應(yīng)用的低復(fù)雜度技術(shù)還需要進一步研究。
　　 本文工作主要包括兩個部分：其一是全精度采樣下的IR—UWB檢測與測距方法的研究；其二是有限精度采樣下的檢測與測距低復(fù)雜度設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)。其中，第一部分的方法研究為第二部分的低復(fù)雜度技術(shù)研究奠定了良好的理論基

3、礎(chǔ)，最終本文提出了基于三電平高速采樣與處理的IR—UWB檢測與測距低復(fù)雜度結(jié)構(gòu)。
　　 第一部分討論基于全精度采樣條件下的IR—UWB目標(biāo)檢測與TOA測距處理方法。針對目標(biāo)檢測問題，本文提出了一種基于奇對稱相關(guān)配合距離擴展約束和門限反饋的方法，可以較好地抑制噪聲與干擾，提高檢測可靠性。隨后重點介紹在穿墻環(huán)境下的人體目標(biāo)檢測。通過在復(fù)雜環(huán)境下對人體運動或微動信息進行提取，對于靜止人體和運動人體檢測都取得了不錯的效果，并給出了實驗結(jié)

4、果。針對TOA測距方法，本文推導(dǎo)了TOA估計的平均絕對值誤差(MAE)，并通過最小化MAE表達式獲取TOA估計門限。使用這種優(yōu)化后的門限方法，可以顯著提高TOA估計的性能，并能保證其在不同環(huán)境下同時具有可靠性與實時性。在TOA估計之后又給出了直接使用多種信道參數(shù)進行NLOS狀態(tài)識別的結(jié)果，使用仿真與實測數(shù)據(jù)比較了各參數(shù)的性能與適用范圍。
　　 本文第二部分研究有限精度采樣下的IR—UWB檢測與測距技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的性能提升技術(shù)以彌

5、補有限精度采樣造成的性能損失。然后，選用三電平取樣這種特殊的有限精度采樣形式，研究了對應(yīng)的信號處理方法，并進行了系統(tǒng)實現(xiàn)。本文首先分析了有限精度ADC取樣對于雷達檢測、信道估計與TOA測距性能的影響。給出了量化對于信道估計誤差影響的表達式，設(shè)計了量化誤差的抑制機制。隨后給出了三電平TOA估計量化門限動態(tài)設(shè)置的方法，并給出了相應(yīng)的后處理算法，包括對數(shù)似然比的加權(quán)與優(yōu)化判決門限等。通過使用蒙特卡洛仿真比較多種低位寬接收機的TOA估計性能，其