基于UWB脈沖信號的測距定位技術(shù).pdf

1、近年來，UWB(超寬帶)無線通信技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，尤其是在2002年2月UWB技術(shù)被FCC(美國聯(lián)邦通信委員會(huì))允許通過以后，關(guān)于超寬帶應(yīng)用的研究日益增多。超寬帶沖激無線電通過產(chǎn)生超短脈沖來得到頻率帶寬特別寬、功率譜密度極低的信號。超寬帶信號傳輸速率高、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)，這些特點(diǎn)使其無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)場搜救等方面，借助超寬帶無線定位可以達(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)，在眾多無線定位技術(shù)中脫穎而出?；赨WB的測距和定位技術(shù)具有傳統(tǒng)定位方式無法比擬的優(yōu)勢。
　　本文以UWB無線通信理論為基礎(chǔ)，分析了UWB信號以及信道的特點(diǎn)，研究了適合超寬帶的測距與定位技術(shù)，主要以減小噪聲和提高

3、測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的測距定位技術(shù)。理論表明：基于接收信號強(qiáng)度的定位方式精度不高；基于信號到達(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；基于信號到達(dá)時(shí)間的定位方式可以充分發(fā)揮UWB信號帶寬寬的優(yōu)點(diǎn)，改善定位精度。
　　然后，選擇TOA(信號到達(dá)時(shí)間)估計(jì)作為研究對象。基于相干的信號相關(guān)測距算法雖能達(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。因此基于能量檢測的測距方法就以其簡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)了一種基于簡單的門限估計(jì)的兩步TOA估計(jì)算法。算法的第一步是對接收信號做統(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算法，得到粗略的TOA估計(jì)，第二步對粗略得到的TOA估計(jì)塊再進(jìn)行一次非相干能量檢測，進(jìn)一步得到了時(shí)間的優(yōu)化。簡單的門限估計(jì)值能夠與不同信噪比時(shí)的最優(yōu)門限

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級數(shù)展開法。針對Chan氏算法計(jì)算簡單而非視距時(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級數(shù)展開的聯(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