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超宽带通信定位技术研究

作　者: 高广亚
导　师: 武林俊
学　校: 河南工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 超宽带通信 无线定位 估计误差 到达时间
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


伴随着无线通信技术的发展与成熟,推动了许多新兴无线业务的出现,对定位需求的场景越来越多,要求的精度也越来越高。超宽带(UWB:Ultra-Wideband)通信资源频段的开放,引发了对这一新技术的广泛关注,成为未来无线电定位技术的研究热点。本文从超宽带的基本理论出发,介绍了超宽带信号的特点及信道模型,概述了无线定位技术的基本理论方法,研究了几个常见的超宽带无线定位算法,并在比对分析后对定位方法进行了改进,对算法的最小二乘估计算法进行了研究和仿真,同时文中还分析了影响定位精度的几个因素,以期减少误差的影响。Chan算法是超宽带定位中的一种具有解析表达式解的非递归算法,具有运算量小实现复杂度低的特点,在视距环境下应用能够得到较优的定位估计；缺点是性能不稳定,特别是误差增加的非视距环境下。Taylor算法是一种典型的递归迭代方法,能够适用于各种环境与系统,利用所有的测量变量来改善定位的精度,在适当的噪声水平上可以提供一个精确的解,但是需要一个与真实的目标位置接近的初始值进行迭代来确保算法的收敛,而对初始值的选择需要相关的先验信息,同时定位精度越高计算量也越大。针对这些算法中的不足之处,对算法进行了一定的改进,改善定位的精度。论文中改进的Chan算法的优势在于利用未知变量之间的约束关系,得到目标的估计位置,对得到的估计值与真实值之间的误差增加一个修正项,对Chan算法得到的初始结果进行再次地运算,消除了变量独立的假设条件,变量之间的确定关系更加接近真实的位置,该算法的实现复杂度低,运算速度快,在视距环境下可得到可靠的定位结果。论文提出一种改进的混合定位方法,结合Chan算法计算量小且定位结果迅速以及Taylor算法对复杂环境良好适应的优势,应用Chan算法得到估计值,作为Taylor算法的初始值进行迭代运算,根据误差与真实值之间的残差的最小估计来求解,使用修正项代替偏差过大的估计值,通过不断地迭代来逐渐逼近目标的真实位置,从而得到最终精确的估计位置信息。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 概述  9-12
    1.1.1 引言  9
    1.1.2 超宽带的定义  9-10
    1.1.3 超宽带系统特点  10-12
  1.2 无线定位技术概述  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-14
    1.3.1 国外研究现状  13-14
    1.3.2 国内研究现状  14
  1.4 论文研究背景及意义  14-15
  1.5 本文的研究内容及章节安排  15-16
第二章 UWB信号与信道模型  16-32
  2.1 UWB信号的介绍  16-22
    2.1.1 UWB信号的特征  16-20
    2.1.2 UWB典型的调制  20-22
  2.2 信道模型  22-28
    2.2.1 信道模型  23
    2.2.2 S-V信道模型  23-24
    2.2.3 修正S-V信道模型  24-28
  2.3 定位精度的评价指标  28-31
    2.3.1 均方(根)误差  28-30
    2.3.2 几何精度因子  30-31
    2.3.3 累积分布函数  31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 UWB无线定位技术  32-40
  3.1 UWB定位基本方法  32-35
    3.1.1 RSS方法  32-33
    3.1.2 AOA方法  33-34
    3.1.3 TOA/TDOA方法  34-35
  3.2 UWB定位的数学模型  35-37
    3.2.1 球形模型  35-36
    3.2.2 曲线模型  36-37
  3.3 定位误差来源分析  37-39
    3.3.1 传播多径  37-38
    3.3.2 非视距传播  38
    3.3.3 多址干扰  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 基本的UWB定位算法  40-50
  4.1 接收信号的模型  40-41
  4.2 几何算法  41-44
    4.2.1 算法描述  41-43
    4.2.2 仿真分析  43-44
  4.3 LSE算法  44-49
    4.3.1 算法描述  44-45
    4.3.2 仿真分析  45-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 UWB定位算法与改进  50-65
  5.1 Chan算法  50-55
    5.1.1 算法描述  50-52
    5.1.2 改进的Chan算法  52-54
    5.1.3 仿真分析  54-55
  5.2 Taylor算法  55-64
    5.2.1 算法描述  55-56
    5.2.2 改进的混合算法  56-59
    5.2.3 仿真分析  59-64
  5.3 本章小结  64-65
第六章 总结与展望  65-67
  6.1 论文的工作总结  65-66
  6.2 下一步的工作展望  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间发表论文及研究成果  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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