基于IR-UWB的TOA估計(jì)算法研究.pdf

1、脈沖超寬帶是一種新興的無(wú)線通信技術(shù)，它采用納秒級(jí)的脈沖序列傳輸信息，時(shí)間分辨率高，具備在低數(shù)據(jù)率下的精確測(cè)距及定位能力，在密集環(huán)境下魯棒性良好，同時(shí)因其低功耗、低成本的優(yōu)勢(shì)，使得超寬帶技術(shù)迅速成為各國(guó)及研究機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)，在無(wú)線通信領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。
　　本文首先介紹了所做研究的背景及意義，分析了國(guó)內(nèi)外超寬帶技術(shù)的研究現(xiàn)狀。其次對(duì)現(xiàn)有無(wú)線定位技術(shù)的定位方法進(jìn)行了講解，并著重介紹了基于到達(dá)時(shí)間估計(jì)的TOA方式。同時(shí)指出多徑現(xiàn)象

2、和非視距情況是造成測(cè)距誤差的主要原因。然后詳細(xì)介紹了IR-UWB系統(tǒng)的信號(hào)脈沖、調(diào)制方式、收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)和信道模型。本文采用跳時(shí)脈沖位置調(diào)制(TH-PPM)調(diào)制高斯二階脈沖，經(jīng)過(guò)信道傳輸，最后由接收天線將信號(hào)傳至接收機(jī)。接收方式分為相干接收和非相干接收兩種，前者一般基于匹配濾波技術(shù)，需要精確的本地模板和高采樣速率；后者基于能量檢測(cè)技術(shù)，采樣率低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。接下來(lái)對(duì)現(xiàn)有的TOA估計(jì)算法進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。
　　TOA估計(jì)的主要目的是對(duì)信號(hào)直

3、達(dá)路徑DP的檢測(cè)。在視距條件下，DP一般也是能量最強(qiáng)路徑；然而在復(fù)雜多變環(huán)境下，多徑現(xiàn)象嚴(yán)重，致使UWB信號(hào)的直達(dá)路徑DP不再是能量最強(qiáng)路徑，大大增加了TOA估計(jì)的難度。同時(shí)，非視距的存在，也增加了DP的額外傳播時(shí)延?，F(xiàn)有TOA測(cè)距算法研究的關(guān)鍵在于如何設(shè)置合理而精確的檢測(cè)門(mén)限。本文提出一種基于傳播信號(hào)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的非相關(guān)檢測(cè)算法，通過(guò)對(duì)信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性的分析建立了能夠反映出在不同信噪比下最佳門(mén)限變化情況的聯(lián)合參數(shù)，并將通過(guò)最佳門(mén)限確定的能量塊

4、所在時(shí)刻作為T(mén)OA估計(jì)值。通過(guò)對(duì)算法在CM1、CM2信道下，針對(duì)不同的采樣間隔進(jìn)行的仿真表明，該算法能夠在低采樣率的情況下實(shí)現(xiàn)較為精確的TOA估計(jì)，測(cè)距精度要優(yōu)于幾種經(jīng)典的TOA估計(jì)算法。在此算法的基礎(chǔ)上，又提出了一種TOA估計(jì)的優(yōu)化算法，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，單純的采用平均法對(duì)于TOA估計(jì)精度的提高有限，而將出現(xiàn)概率較高的一組數(shù)據(jù)平均的結(jié)果會(huì)大大的減少測(cè)距誤差，實(shí)現(xiàn)了TOA估計(jì)值的優(yōu)化。
　　最后對(duì)論文所做工作進(jìn)行了總結(jié)，并針對(duì)