基于UWB信號(hào)的高分辨時(shí)延估計(jì)與定位技術(shù)研究.pdf

1、超寬帶(Ultra Wideband,UWB)無線通信技術(shù)具有傳輸速率高、發(fā)射功率低、多徑分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),近年來受到越來越多的關(guān)注,尤其是 UWB高精度定位技術(shù),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)定位技術(shù)受非視距傳播和多徑影響定位精度低的缺陷,在短距離室內(nèi)定位中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文對(duì) UWB無線定位技術(shù)和 UWB信號(hào)時(shí)延估計(jì)方法進(jìn)行了比較深入的研究。在 UWB定位系統(tǒng)中,根據(jù)所檢測(cè)參數(shù)的不同可以將基本的定位方法分成以下四種:基于信

2、號(hào)到達(dá)時(shí)間的定位方法、基于信號(hào)到達(dá)角度的定位方法、基于信號(hào)接收強(qiáng)度的定位方法以及混合定位方法。
　　在 UWB無線定位技術(shù)中,由于采用納秒級(jí)的 UWB脈沖作為發(fā)射信號(hào),所以時(shí)間分辨率很高,基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的定位方式(Time of Arrival,TOA)可以充分利用這一優(yōu)勢(shì)提高測(cè)距定位精度,最適合應(yīng)用于 UWB定位系統(tǒng)。在基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的定位方式中,時(shí)延估計(jì)是目標(biāo)定位中的重要技術(shù),時(shí)延估計(jì)的精度直接影響定位性能,有效的高分辨?zhèn)?/p>

3、輸時(shí)延估計(jì)是采用 TOA技術(shù)進(jìn)行精確定位的關(guān)鍵。為克服多徑和非視距環(huán)境對(duì)定位精度的影響,必須采用高分辨率時(shí)延估計(jì)算法。本文在分析 UWB多徑信道模型和信號(hào)模型的基礎(chǔ)上,將基于子空間的參數(shù)估計(jì)算法引入 UWB定位系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)高分辨時(shí)延估計(jì)。
　　本文主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下:
　　在分析了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)、藍(lán)牙、Wi-Fi無線定位系統(tǒng)以及其他室內(nèi)無線定

4、位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,概括出 UWB無線定位系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、多徑分辨率高、發(fā)射功率低等優(yōu)勢(shì),結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)UWB定位的研究現(xiàn)狀,明確本文研究目的和意義。
　　在概述 UWB通信基本知識(shí)的基礎(chǔ)上,研究分析了 UWB的各種定位方法,從理論上證明了基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的定位方式可以充分利用 UWB時(shí)間分辨率高的優(yōu)勢(shì),提高定位精度。為之后研究基于超寬帶系統(tǒng)的高分辨時(shí)延估計(jì)方法作理論準(zhǔn)備。
　　由于信號(hào)在傳播過程中可能會(huì)受到多徑、反射、衍射、非

5、視距等因素的影響,使得傳統(tǒng)的時(shí)延估計(jì)方法精度較低,不能實(shí)現(xiàn)精確定位。為實(shí)現(xiàn)密集多徑環(huán)境下UWB信號(hào)高分辨時(shí)延估計(jì),針對(duì) UWB信號(hào)時(shí)延估計(jì)方法展開深入研究,在研究傳統(tǒng)相關(guān)法、雙譜法的基礎(chǔ)上,分析其缺陷,將基于子空間的參數(shù)估計(jì)算法引入到UWB時(shí)延估計(jì)當(dāng)中,分別研究了 MUSIC算法、LS-ESPRIT算法、TLS-ESPRIT算法的高分辨時(shí)延估計(jì)性能,并在多徑環(huán)境下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了基于子空間算法的有效性。最后,將 TLS-ESPRIT