UWB檢測(cè)與測(cè)距低復(fù)雜度技術(shù)研究.pdf

1、擁有極高瞬時(shí)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(cè)、測(cè)距定位以及成像探測(cè)等方面也得到了廣泛的研究與實(shí)際應(yīng)用。IR—UWB技術(shù)在穿透能力、精細(xì)分辨、精確測(cè)距、高速傳輸、抗多徑和抗干擾等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)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(jì)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(cè)與測(cè)距應(yīng)用的低復(fù)雜度技術(shù)還需要進(jìn)一步研究。
　　 本文工作主要包括兩個(gè)部分：其一是全精度采樣下的IR—UWB檢測(cè)與測(cè)距方法的研究；其二是有限精度采樣下的檢測(cè)與測(cè)距低復(fù)雜度設(shè)計(jì)與實(shí)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(cè)與測(cè)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(cè)與TOA測(cè)距處理方法。針對(duì)目標(biāo)檢測(cè)問題，本文提出了一種基于奇對(duì)稱相關(guān)配合距離擴(kuò)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(cè)可靠性。隨后重點(diǎn)介紹在穿墻環(huán)境下的人體目標(biāo)檢測(cè)。通過在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)人體運(yùn)動(dòng)或微動(dòng)信息進(jìn)行提取，對(duì)于靜止人體和運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)都取得了不錯(cuò)的效果，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果。針對(duì)TOA測(cè)距方法，本文推導(dǎo)了TOA估計(jì)的平均絕對(duì)值誤差(MAE)，并通過最小化MAE表達(dá)式獲取TOA估計(jì)門限。使用這種優(yōu)化后的門限方法，可以顯著提高TOA估計(jì)的性能，并能保證其在不同環(huán)境下同時(shí)具有可靠性與實(shí)時(shí)性。在TOA估計(jì)之后又給出了直接使用多種信道參數(shù)進(jìn)行NLOS狀態(tài)識(shí)別的結(jié)果，使用仿真與實(shí)測(cè)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(cè)與測(cè)距技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的性能提升技術(shù)以彌

5、補(bǔ)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(duì)應(yīng)的信號(hào)處理方法，并進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本文首先分析了有限精度ADC取樣對(duì)于雷達(dá)檢測(cè)、信道估計(jì)與TOA測(cè)距性能的影響。給出了量化對(duì)于信道估計(jì)誤差影響的表達(dá)式，設(shè)計(jì)了量化誤差的抑制機(jī)制。隨后給出了三電平TOA估計(jì)量化門限動(dòng)態(tài)設(shè)置的方法，并給出了相應(yīng)的后處理算法，包括對(duì)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(jī)的TOA估計(jì)性能，其