基于IR-UWB信號(hào)的穿墻目標(biāo)定位方法研究.pdf

1、穿墻定位能夠?qū)崿F(xiàn)外部非入侵式的探測(cè)，從而滿(mǎn)足人們對(duì)建筑物或障礙物后目標(biāo)位置確定的需求，它應(yīng)該是一種攜帶方便、能夠快速準(zhǔn)確的提供定位信息的系統(tǒng)。目前穿墻定位主要使用坐標(biāo)定位和圖像定位兩種方法，前者所得結(jié)果簡(jiǎn)單明了，后者所得信息具體直觀。此外，由于IR-UWB信號(hào)具有優(yōu)良的穿透特性，其簡(jiǎn)單的收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)使得該信號(hào)在穿墻定位研究中具有一定的優(yōu)勢(shì)，因而本文以IR-UWB信號(hào)為載體對(duì)二維區(qū)域內(nèi)固定目標(biāo)點(diǎn)的穿墻定位進(jìn)行了全面深入的研究。
　　

2、由于穿墻定位系統(tǒng)主要應(yīng)用在突發(fā)應(yīng)急、災(zāi)害救援等場(chǎng)合，所以如何方便、快速、準(zhǔn)確地的確定目標(biāo)位置是值得關(guān)注的問(wèn)題。在此要求下，本文對(duì)穿墻定位進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究?；趪?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析指出了傳統(tǒng)的坐標(biāo)定位系統(tǒng)和圖像生成系統(tǒng)由于各自的應(yīng)用背景和技術(shù)特點(diǎn)在穿墻定位應(yīng)用中存在問(wèn)題與不足。本文的研究旨在解決這些問(wèn)題完善這些不足，在滿(mǎn)足穿墻定位應(yīng)用的要求的前提下，從一定程度上改善基于IR-UWB穿墻定位系統(tǒng)的定位方法。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

3、
　　第一，對(duì)現(xiàn)有穿墻定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。分析了用于定位系統(tǒng)的信號(hào)模型及信號(hào)處理方法。通過(guò)仿真和對(duì)比著重分析了三邊測(cè)量法和反投影算法。對(duì)三邊測(cè)量定位技術(shù)做了深入的分析，指出傳統(tǒng)定位方法的優(yōu)點(diǎn)及其無(wú)法解決穿墻定位系統(tǒng)對(duì)多目標(biāo)點(diǎn)定位的問(wèn)題所在。從理論上分析了錨節(jié)點(diǎn)陣列的圖像生成方法在穿墻定位中應(yīng)用中有局限性的原因，提出了反投影算法中偽影產(chǎn)生的本質(zhì)，并得到了影響成像質(zhì)量的具體參數(shù)。
　　第二，對(duì)穿墻定位坐標(biāo)定位系統(tǒng)的研究。針對(duì)

4、穿墻定位系統(tǒng)在多目標(biāo)點(diǎn)定位時(shí)采用傳統(tǒng)三邊定位方法導(dǎo)致各個(gè)接收錨節(jié)點(diǎn)無(wú)法區(qū)分各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的反射脈沖回波信號(hào)從而無(wú)法獲得正確坐標(biāo)定位信息的問(wèn)題，提出了一種利用IR-UWB信號(hào)先定位后校驗(yàn)的兩步定位法。根據(jù)定位模型中配備發(fā)射機(jī)的錨節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型不同，將兩步定位法分為T(mén)CA和TLA兩種方式。在分析了如何進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以實(shí)現(xiàn)定位錨節(jié)點(diǎn)所接收到回波信號(hào)的全匹配對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上，全面討論了TOA估計(jì)與目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量失配情況的成因，并進(jìn)一步研究了兩步定位法對(duì)IR-UW

5、B定位系統(tǒng)的定位精度的影響，提出了一種區(qū)域交叉定位模型以減小目標(biāo)點(diǎn)所在區(qū)域定位精度抖動(dòng)的方法。
　　第三，對(duì)穿墻定位圖像生成系統(tǒng)的研究。本文針對(duì)反投影算法在圖像空間對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行累加時(shí)，不僅使目標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的幅度得到加強(qiáng)，同時(shí)也提高了其周?chē)袼攸c(diǎn)的幅度，從而引起生成圖像模糊無(wú)法分辨的現(xiàn)象提出了基于兩步定位法的多目標(biāo)點(diǎn)提取方法，根據(jù)定位錨節(jié)點(diǎn)所接收到的反射脈沖回波信號(hào)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)先進(jìn)行坐標(biāo)定位，然后通過(guò)目標(biāo)點(diǎn)提取函數(shù)對(duì)重建圖像中

6、目標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)，從而有效的濾除偽影獲得了高質(zhì)量的生成圖像。此外，在分析了回波信號(hào)與反投影的關(guān)系之后，提出了一種簡(jiǎn)單的包絡(luò)近似方法，并據(jù)此確定了目標(biāo)提取函數(shù)。
　　第四，對(duì)因墻體阻擋而產(chǎn)生問(wèn)題的研究。前文的分析都是基于自由空間的假設(shè)，本章分別從坐標(biāo)定位和圖像生成的角度對(duì)墻體的存在所產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入的分析。墻體的存在不僅改變信號(hào)的傳播路徑、速度以及雙程傳播時(shí)間，還會(huì)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)反射的回波信號(hào)造成極大的衰減，為了滿(mǎn)足在有直達(dá)