UWB定位系統(tǒng)研究.pdf

1、自從美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)批準(zhǔn)限用于軍用雷達(dá)的超寬帶技術(shù)可用于民用產(chǎn)品上后，超寬帶(ultra-wideband，簡稱UWB)技術(shù)開始引起業(yè)界廣泛關(guān)注。超寬帶定位技術(shù)由于具有功耗低、抗多徑效果好、安全性高，尤其是能提供非常精確的定位精度等優(yōu)點(diǎn)，成為無線定位技術(shù)中極具潛力的技術(shù)，因此對超寬帶定位系統(tǒng)的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 超寬帶定位系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分：測距和定位。本文的主要工作如下： 測距方面，一股有基于接收信

2、號強(qiáng)度(RSS，Received Signal Strength)、基于信號傳播時(shí)間(TOA，Time of Arrival)和基丁信號角度(AOA，Angle of Arrival)，三種方法。根據(jù)以上三種方法的特點(diǎn)，本文使用基于信號傳播時(shí)間法來完成的。本文在基于深入研究現(xiàn)有TOA估計(jì)算法的基礎(chǔ)上，提出了基于主成分分析(PCA，Principal Component Analysis)和基于Kalman濾波的TOA估計(jì)算法。PCA算法

3、對帶有噪聲的接收信號的相關(guān)矩陣進(jìn)行譜分析，得到接收信號在信號子空間的投影的能量之和。通過設(shè)置復(fù)雜度和采樣頻率較低的閾值，取得TOA的估計(jì)值。該算法能夠有效地去除噪聲，精度高，但是計(jì)算量大，不便于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)問題使用基于Kalman濾波的TOA估計(jì)算法就可以解決。在基于Kalman濾波的TOA估計(jì)算法中，為減小計(jì)算的復(fù)雜度，我們對每一幀的接收信號進(jìn)行加窗處理，對窗口內(nèi)的接收信號作主成份分析，窗口的中心值是前一幀Kalman濾波的預(yù)測值，

4、窗口的大小由信道模型來決定。 定位方面，UWB定位算法土要有迭代算法和非迭代算法，其中泰勒級數(shù)展開算法因?yàn)榫哂芯雀吆汪敯粜詮?qiáng)等特點(diǎn)而住求解非線性定位方程組中得到了廣泛的應(yīng)用，但它對移動(dòng)站初始坐標(biāo)值具有很強(qiáng)的依賴性。針對這個(gè)問題，本文提出了一種基于TOA和基站坐標(biāo)設(shè)置初始值的方法，該算法的主要思想是基于接收到移動(dòng)站信號的基站坐標(biāo)來估計(jì)初始坐標(biāo)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的兩種TOA估計(jì)算法受噪聲和多徑的影響較小，并且定位精