用于三維定位的UWB及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為無載波通信技術(shù)，超寬帶無線通信直接利用納秒級(jí)非正弦窄脈沖傳輸信息，頻譜極寬。它具有隱蔽性好、截獲率低、處理增益高、多徑分辨能力強(qiáng)、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、功耗低等特點(diǎn)，且能有效解決頻譜分配問題。由于其發(fā)射功率受限，有效傳輸距離在10m以內(nèi)，故而在民用方面，UWB普遍地定位于個(gè)人局域網(wǎng)范疇，適用于高速、近距離的無線個(gè)人通信。 隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展以及用戶對(duì)業(yè)務(wù)種類需求的提高，無線通信網(wǎng)絡(luò)中的測距和定位功能顯得日益重要

2、。而UWB的測距和定位具有傳統(tǒng)定位方式無法比擬的優(yōu)勢。 本文在研究超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，主要完成了三個(gè)方面的工作： 首先，利用軟件LabWindows實(shí)現(xiàn)一種PPM—UWB系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真。PPM—UWB是最典型的超寬帶系統(tǒng)方案。該仿真系統(tǒng)動(dòng)態(tài)展示了超寬帶技術(shù)的脈沖調(diào)制序列和整個(gè)信號(hào)流程，并提供參數(shù)修改功能，便于觀察參數(shù)改變給系統(tǒng)帶來的影響。該仿真有利于我們更好地了解超寬帶系統(tǒng)并進(jìn)一步研究其定位功能。

3、 接著，系統(tǒng)深入地研究并完善了超寬帶三維定位的關(guān)鍵技術(shù)，包括測距算法、定位協(xié)議和定位算法三個(gè)方面。測距算法主要是估算信號(hào)的傳輸時(shí)間。目前國內(nèi)關(guān)于測距算法的研究不多，系統(tǒng)性的論述則更少。本文對(duì)兩種測距算法進(jìn)行深入研究分析并作了進(jìn)一步的完善，第一種是遍歷算法，該算法需時(shí)較長；第二種是快速捕獲算法，它不僅能大大減少測距時(shí)間，也能有效提高測距精度。定位協(xié)議的制定能保證超寬帶無線通信的定位功能更加趨于實(shí)用化。UWB的定位協(xié)議不同于傳統(tǒng)定位系統(tǒng)的

4、協(xié)議，我們以定位精度和定位效率兩個(gè)指標(biāo)對(duì)三類定位協(xié)議進(jìn)行研究分析，比較各方案優(yōu)劣，提出了改進(jìn)方案并分析其適用場合。UWB的三維空間定位算法類似于雷達(dá)、GPS等傳統(tǒng)定位技術(shù)的空間定位算法。 最后，鑒于UWB的定位信息主要依賴于脈沖序列的相位信息，而不需要額外發(fā)送定位數(shù)據(jù)信息，所以可以將數(shù)據(jù)通信和定位功能結(jié)合應(yīng)用于實(shí)際中。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)超寬帶技術(shù)應(yīng)用實(shí)例：將集成了這兩個(gè)功能的UWB系統(tǒng)植入智能物流系統(tǒng)中，為物流管理提供信息增值服務(wù)。