学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于UWB脉冲信号的测距定位技术

作　者: 刘丽坤
导　师: 徐玉滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 超宽带脉冲无线电两步TOA估计算法联合定位
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 291次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来,UWB(超宽带)无线通信技术受到越来越多的关注,尤其是在2002年2月UWB技术被FCC(美国联邦通信委员会)允许通过以后,关于超宽带应用的研究日益增多。超宽带冲激无线电通过产生超短脉冲来得到频率带宽特别宽、功率谱密度极低的信号。超宽带信号传输速率高、发射功率低、不易被截获、多径分辨率高、抗干扰能力强、具有十分精确的定位能力(理论上定位精度可达到厘米级),这些特点使其无论在军事还是民用领域都有广阔的应用前景。在移动台定位、物品追踪以及紧急事故现场搜救等方面,借助超宽带无线定位可以达到事半功倍的效果。传统的定位技术如GPS(全球定位系统)以及蜂窝定位系统等受多径和非视距传播等影响,很难应用于室内环境。而UWB这种传输技术由于自身的优点,在众多无线定位技术中脱颖而出。基于UWB的测距和定位技术具有传统定位方式无法比拟的优势。本文以UWB无线通信理论为基础,分析了UWB信号以及信道的特点,研究了适合超宽带的测距与定位技术,主要以减小噪声和提高测距定位的精度为目的,重点完成了以下三个方面的内容:首先,分析了UWB各种测距定位技术的优缺点,在理论的基础上论证了适合UWB的测距定位技术。理论表明:基于接收信号强度的定位方式精度不高;基于信号到达角度的定位方式需要阵列天线,不适合室内多径密集的环境;基于信号到达时间的定位方式可以充分发挥UWB信号带宽宽的优点,改善定位精度。然后,选择TOA(信号到达时间)估计作为研究对象。基于相干的信号相关测距算法虽能达到较高的精度,但这种方式需要很高的采样频率,增加系统的复杂性和难度。因此基于能量检测的测距方法就以其简单性和低采样率成为人们的又一选择。本文设计改进了一种基于简单的门限估计的两步TOA估计算法。算法的第一步是对接收信号做统计平均,尽可能的消除AWGN(高斯白噪声)的影响,并利用非相干能量检测算法,得到粗略的TOA估计,第二步对粗略得到的TOA估计块再进行一次非相干能量检测,进一步得到了时间的优化。简单的门限估计值能够与不同信噪比时的最优门限较好的吻合,同时避免了在接收端估计信噪比时的困难。理论和仿真试验证明该两步TOA估计算法实现了测距性能的提高。最后,分析了两种典型的超宽带定位算法:非递归的Chan氏算法和递归的Taylor级数展开法。针对Chan氏算法计算简单而非视距时定位精度低,Taylor算法计算量大但适合于各种信道环境且定位精度高的特点,提出Chan氏算法和Taylor级数展开的联合定位方式,并在NLOS的CM3信道下进行仿真实验。实验表明该算法在非视距(NLOS)环境下能够有效地改善定位精度。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景及研究意义  10-11
  1.2 超宽带（UWB）的国内外研究现状及其应用前景  11-14
    1.2.1 UWB的国外发展现状  11-12
    1.2.2 UWB的国内发展现状  12
    1.2.3 UWB定位技术的应用前景  12-14
  1.3 论文主要研究内容及结构  14-16
第2章 UWB通信理论基础  16-26
  2.1 引言  16
  2.2 UWB的基本概念  16-17
  2.3 UWB无线通信实现方式  17-19
    2.3.1 脉冲无线电方式  17-18
    2.3.2 单载波方式  18
    2.3.3 多带载波方式  18-19
  2.4 UWB信道模型  19-25
    2.4.1 修正的 Δ-K模型  19-20
    2.4.2 S- V 模型  20-21
    2.4.3 IEEE 802.15.3a模型  21-24
    2.4.4 信道模型  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章基于UWB的测距定位技术研究  26-45
  3.1 引言  26
  3.2 无线定位技术  26-32
    3.2.1 传统无线定位的基本原理  26-30
    3.2.2 无线定位技术性能比较  30-31
    3.2.3 无线定位误差的主要来源  31-32
  3.3 适合UWB的测距定位技术  32-34
    3.3.1 基于接收信号强度的定位技术  32
    3.3.2 基于信号到达角度的定位技术  32
    3.3.3 基于信号传播时间的定位技术  32-34
  3.4 一种基于简单门限估计的TOA测距算法  34-41
    3.4.1 仿真试验分析  36-38
    3.4.2 仿真结果分析  38-41
  3.5 改进的两步TOA估计算法  41-43
    3.5.1 算法分析  41-43
    3.5.2 仿真结果分析  43
  3.6 本章小结  43-45
第4章 UWB的定位算法  45-58
  4.1 引言  45
  4.2 几种典型的UWB定位算法  45-53
    4.2.1 定位问题的最小二乘表示  45-47
    4.2.2 Chan氏算法  47-51
    4.2.3 Taylor算法  51-53
  4.3 基于Chan和Taylor的联合定位算法  53-55
  4.4 仿真与分析  55-57
    4.4.1 仿真模型  55-56
    4.4.2 仿真结果分析  56-57
  4.5 本章小结  57-58
结论  58-60
参考文献  60-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

基于UWB脉冲信号的测距定位技术

内容摘要

全文目录

相似论文