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。現(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限變化情況的聯(lián)合參數(shù)，并將通過(guò)最佳門限確定的能量塊

4、所在時(shí)刻作為TOA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)