基于UWB脈沖信號的測距定位技術.pdf

1、近年來，UWB(超寬帶)無線通信技術受到越來越多的關注，尤其是在2002年2月UWB技術被FCC(美國聯邦通信委員會)允許通過以后，關于超寬帶應用的研究日益增多。超寬帶沖激無線電通過產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、具有十分精確的定位能力(理論上定位精度可達到厘米級)，這些特點使其無論在軍事還是民用領域都有廣闊的應用前景。在移動臺定位、物品追

2、蹤以及緊急事故現場搜救等方面，借助超寬帶無線定位可以達到事半功倍的效果。
　　傳統(tǒng)的定位技術如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，很難應用于室內環(huán)境。而UWB這種傳輸技術由于自身的優(yōu)點，在眾多無線定位技術中脫穎而出?；赨WB的測距和定位技術具有傳統(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，分析了UWB信號以及信道的特點，研究了適合超寬帶的測距與定位技術，主要以減小噪聲和提高

3、測距定位的精度為目的，重點完成了以下三個方面的內容：
　　首先，分析了UWB各種測距定位技術的優(yōu)缺點，在理論的基礎上論證了適合UWB的測距定位技術。理論表明：基于接收信號強度的定位方式精度不高；基于信號到達角度的定位方式需要陣列天線，不適合室內多徑密集的環(huán)境；基于信號到達時間的定位方式可以充分發(fā)揮UWB信號帶寬寬的優(yōu)點，改善定位精度。
　　然后，選擇TOA(信號到達時間)估計作為研究對象?；谙喔傻男盘栂嚓P測距算法雖能達到較

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。本文設計改進了一種基于簡單的門限估計的兩步TOA估計算法。算法的第一步是對接收信號做統(tǒng)計平均，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，第二步對粗略得到的TOA估計塊再進行一次非相干能量檢測，進一步得到了時間的優(yōu)化。簡單的門限估計值能夠與不同信噪比時的最優(yōu)門限

5、較好的吻合，同時避免了在接收端估計信噪比時的困難。理論和仿真試驗證明該兩步TOA估計算法實現了測距性能的提高。
　　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級數展開法。針對Chan氏算法計算簡單而非視距時定位精度低，Taylor算法計算量大但適合于各種信道環(huán)境且定位精度高的特點，提出Chan氏算法和Taylor級數展開的聯合定位方式，并在NLOS的CM3信道下進行仿真實驗。實驗表明該算法在非