基于IR-UWB信號的穿墻目標定位方法研究.pdf

1、穿墻定位能夠?qū)崿F(xiàn)外部非入侵式的探測，從而滿足人們對建筑物或障礙物后目標位置確定的需求，它應(yīng)該是一種攜帶方便、能夠快速準確的提供定位信息的系統(tǒng)。目前穿墻定位主要使用坐標定位和圖像定位兩種方法，前者所得結(jié)果簡單明了，后者所得信息具體直觀。此外，由于IR-UWB信號具有優(yōu)良的穿透特性，其簡單的收發(fā)信機結(jié)構(gòu)使得該信號在穿墻定位研究中具有一定的優(yōu)勢，因而本文以IR-UWB信號為載體對二維區(qū)域內(nèi)固定目標點的穿墻定位進行了全面深入的研究。
　　

2、由于穿墻定位系統(tǒng)主要應(yīng)用在突發(fā)應(yīng)急、災(zāi)害救援等場合，所以如何方便、快速、準確地的確定目標位置是值得關(guān)注的問題。在此要求下，本文對穿墻定位進行了較為系統(tǒng)的研究。基于國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析指出了傳統(tǒng)的坐標定位系統(tǒng)和圖像生成系統(tǒng)由于各自的應(yīng)用背景和技術(shù)特點在穿墻定位應(yīng)用中存在問題與不足。本文的研究旨在解決這些問題完善這些不足，在滿足穿墻定位應(yīng)用的要求的前提下，從一定程度上改善基于IR-UWB穿墻定位系統(tǒng)的定位方法。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

3、
　　第一，對現(xiàn)有穿墻定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。分析了用于定位系統(tǒng)的信號模型及信號處理方法。通過仿真和對比著重分析了三邊測量法和反投影算法。對三邊測量定位技術(shù)做了深入的分析，指出傳統(tǒng)定位方法的優(yōu)點及其無法解決穿墻定位系統(tǒng)對多目標點定位的問題所在。從理論上分析了錨節(jié)點陣列的圖像生成方法在穿墻定位中應(yīng)用中有局限性的原因，提出了反投影算法中偽影產(chǎn)生的本質(zhì)，并得到了影響成像質(zhì)量的具體參數(shù)。
　　第二，對穿墻定位坐標定位系統(tǒng)的研究。針對

4、穿墻定位系統(tǒng)在多目標點定位時采用傳統(tǒng)三邊定位方法導(dǎo)致各個接收錨節(jié)點無法區(qū)分各個目標點的反射脈沖回波信號從而無法獲得正確坐標定位信息的問題，提出了一種利用IR-UWB信號先定位后校驗的兩步定位法。根據(jù)定位模型中配備發(fā)射機的錨節(jié)點的類型不同，將兩步定位法分為TCA和TLA兩種方式。在分析了如何進行參數(shù)設(shè)置以實現(xiàn)定位錨節(jié)點所接收到回波信號的全匹配對應(yīng)的基礎(chǔ)上，全面討論了TOA估計與目標點數(shù)量失配情況的成因，并進一步研究了兩步定位法對IR-UW

5、B定位系統(tǒng)的定位精度的影響，提出了一種區(qū)域交叉定位模型以減小目標點所在區(qū)域定位精度抖動的方法。
　　第三，對穿墻定位圖像生成系統(tǒng)的研究。本文針對反投影算法在圖像空間對每個像素點進行累加時，不僅使目標點所對應(yīng)的像素點的幅度得到加強，同時也提高了其周圍像素點的幅度，從而引起生成圖像模糊無法分辨的現(xiàn)象提出了基于兩步定位法的多目標點提取方法，根據(jù)定位錨節(jié)點所接收到的反射脈沖回波信號對目標點先進行坐標定位，然后通過目標點提取函數(shù)對重建圖像中

6、目標點所對應(yīng)的像素點進行加權(quán)，從而有效的濾除偽影獲得了高質(zhì)量的生成圖像。此外，在分析了回波信號與反投影的關(guān)系之后，提出了一種簡單的包絡(luò)近似方法，并據(jù)此確定了目標提取函數(shù)。
　　第四，對因墻體阻擋而產(chǎn)生問題的研究。前文的分析都是基于自由空間的假設(shè)，本章分別從坐標定位和圖像生成的角度對墻體的存在所產(chǎn)生的影響進行深入的分析。墻體的存在不僅改變信號的傳播路徑、速度以及雙程傳播時間，還會對目標點反射的回波信號造成極大的衰減，為了滿足在有直達