IR-UWB測(cè)距系統(tǒng)中TOA估計(jì)算法研究.pdf

1、脈沖無(wú)線(xiàn)電超寬帶(IR-UWB)是一種使用脈沖方式的無(wú)載波通信技術(shù),由于其具有時(shí)間分辨力高、抗干擾性能好、傳輸速率高、功耗低等優(yōu)點(diǎn),是未來(lái)通信與定位應(yīng)用的首選技術(shù)之一。目前,大部分測(cè)距技術(shù)都是基于直達(dá)單徑(DP)的到達(dá)時(shí)刻估計(jì),但由于室內(nèi)環(huán)境中噪聲、多徑干擾、非視距傳輸?shù)挠绊?直達(dá)單徑不是最強(qiáng)路徑,因此,如何在多徑、非視距環(huán)境下實(shí)現(xiàn)較高TOA估計(jì)精度是超寬帶測(cè)距技術(shù)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。
　　目前針對(duì)TOA估計(jì)的研究主要有兩種:基于匹配

2、濾波的相關(guān)檢測(cè)法和基于能量檢測(cè)的非相關(guān)檢測(cè)法。在IEEE802.15.4a的各種標(biāo)準(zhǔn)提案中,推薦通過(guò)能量檢測(cè)方案實(shí)現(xiàn)低速率、低功耗的測(cè)距與定位。因此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍把研究重點(diǎn)放在基于能量檢測(cè)的非相關(guān)TOA估計(jì)算法上。
　　本文在簡(jiǎn)要分析了超寬帶基本原理的基礎(chǔ)上,以減小噪聲影響和提高測(cè)距精度為目的,對(duì)超寬帶測(cè)距系統(tǒng)中TOA估計(jì)算法進(jìn)行了深入研究。首先,從超寬帶特有的信號(hào)及信道傳播特性入手分析了路徑損耗、多徑延時(shí)等對(duì)測(cè)距精度的影響,并

3、為后續(xù)的TOA估計(jì)方法研究提供了數(shù)學(xué)模型。其次,根據(jù)超寬帶信號(hào)的特性分析超寬帶用于測(cè)距的優(yōu)勢(shì),并以到達(dá)時(shí)間的測(cè)距技術(shù)為基礎(chǔ),介紹傳統(tǒng)的TOA估計(jì)方法及TOA估計(jì)的性能界。第三,通過(guò)對(duì)已有的非相關(guān)檢測(cè)算法的研究和改進(jìn),得出一種基于能量檢測(cè)的鋸齒波相關(guān)TOA估計(jì)方案。先將接收信號(hào)通過(guò)能量檢測(cè)接收機(jī),提取信號(hào)包絡(luò)信息,再利用鋸齒波作為本地模板信號(hào)與包絡(luò)信號(hào)做相關(guān),相關(guān)峰位置為直達(dá)單徑的TOA估計(jì)。仿真結(jié)果表明,此算法不僅省略了門(mén)限的設(shè)置過(guò)程,

4、而且還可達(dá)到與門(mén)限法相近的估計(jì)精度,具有算法復(fù)雜度小,估計(jì)精度高的優(yōu)點(diǎn)。最后,針對(duì)能量檢測(cè)方法在低信噪比環(huán)境下性能較差,導(dǎo)致TOA估計(jì)精度大幅降低的缺點(diǎn),文中先將小波降噪方法引入到TOA估計(jì)中,降噪后的信號(hào)經(jīng)過(guò)最小二乘估計(jì)得到信道幅度衰減因子和時(shí)延參數(shù),然后通過(guò)恒虛警(CFA)準(zhǔn)則的門(mén)限檢測(cè)方法得到直達(dá)單徑的TOA估計(jì)。仿真結(jié)果表明,本方案在小信噪比環(huán)境下可以更好的完成測(cè)距工作,具有較好的測(cè)距精度,并且CFA準(zhǔn)則下的TOA估計(jì)性能優(yōu)于固