基于UWB脈沖信號(hào)的測(cè)距定位技術(shù).pdf

1、近年來(lái)，UWB(超寬帶)無(wú)線通信技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，尤其是在2002年2月UWB技術(shù)被FCC(美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì))允許通過(guò)以后，關(guān)于超寬帶應(yīng)用的研究日益增多。超寬帶沖激無(wú)線電通過(guò)產(chǎn)生超短脈沖來(lái)得到頻率帶寬特別寬、功率譜密度極低的信號(hào)。超寬帶信號(hào)傳輸速率高、發(fā)射功率低、不易被截獲、多徑分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、具有十分精確的定位能力(理論上定位精度可達(dá)到厘米級(jí))，這些特點(diǎn)使其無(wú)論在軍事還是民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。在移動(dòng)臺(tái)定位、物品追

2、蹤以及緊急事故現(xiàn)場(chǎng)搜救等方面，借助超寬帶無(wú)線定位可以達(dá)到事半功倍的效果。
　　傳統(tǒng)的定位技術(shù)如GPS(全球定位系統(tǒng))以及蜂窩定位系統(tǒng)等受多徑和非視距傳播等影響，很難應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境。而UWB這種傳輸技術(shù)由于自身的優(yōu)點(diǎn)，在眾多無(wú)線定位技術(shù)中脫穎而出?；赨WB的測(cè)距和定位技術(shù)具有傳統(tǒng)定位方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
　　本文以UWB無(wú)線通信理論為基礎(chǔ)，分析了UWB信號(hào)以及信道的特點(diǎn)，研究了適合超寬帶的測(cè)距與定位技術(shù)，主要以減小噪聲和提高

3、測(cè)距定位的精度為目的，重點(diǎn)完成了以下三個(gè)方面的內(nèi)容：
　　首先，分析了UWB各種測(cè)距定位技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，在理論的基礎(chǔ)上論證了適合UWB的測(cè)距定位技術(shù)。理論表明：基于接收信號(hào)強(qiáng)度的定位方式精度不高；基于信號(hào)到達(dá)角度的定位方式需要陣列天線，不適合室內(nèi)多徑密集的環(huán)境；基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的定位方式可以充分發(fā)揮UWB信號(hào)帶寬寬的優(yōu)點(diǎn)，改善定位精度。
　　然后，選擇TOA(信號(hào)到達(dá)時(shí)間)估計(jì)作為研究對(duì)象?；谙喔傻男盘?hào)相關(guān)測(cè)距算法雖能達(dá)到較

4、高的精度，但這種方式需要很高的采樣頻率，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和難度。因此基于能量檢測(cè)的測(cè)距方法就以其簡(jiǎn)單性和低采樣率成為人們的又一選擇。本文設(shè)計(jì)改進(jìn)了一種基于簡(jiǎn)單的門(mén)限估計(jì)的兩步TOA估計(jì)算法。算法的第一步是對(duì)接收信號(hào)做統(tǒng)計(jì)平均，盡可能的消除AWGN(高斯白噪聲)的影響，并利用非相干能量檢測(cè)算法，得到粗略的TOA估計(jì)，第二步對(duì)粗略得到的TOA估計(jì)塊再進(jìn)行一次非相干能量檢測(cè)，進(jìn)一步得到了時(shí)間的優(yōu)化。簡(jiǎn)單的門(mén)限估計(jì)值能夠與不同信噪比時(shí)的最優(yōu)門(mén)限

5、較好的吻合，同時(shí)避免了在接收端估計(jì)信噪比時(shí)的困難。理論和仿真試驗(yàn)證明該兩步TOA估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)了測(cè)距性能的提高。
　　最后，分析了兩種典型的超寬帶定位算法：非遞歸的Chan氏算法和遞歸的Taylor級(jí)數(shù)展開(kāi)法。針對(duì)Chan氏算法計(jì)算簡(jiǎn)單而非視距時(shí)定位精度低，Taylor算法計(jì)算量大但適合于各種信道環(huán)境且定位精度高的特點(diǎn)，提出Chan氏算法和Taylor級(jí)數(shù)展開(kāi)的聯(lián)合定位方式，并在NLOS的CM3信道下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明該算法在非