基于UWB信號的高分辨時延估計與定位技術研究.pdf

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

2、號到達時間的定位方法、基于信號到達角度的定位方法、基于信號接收強度的定位方法以及混合定位方法。
　　在 UWB無線定位技術中,由于采用納秒級的 UWB脈沖作為發(fā)射信號,所以時間分辨率很高,基于信號到達時間的定位方式(Time of Arrival,TOA)可以充分利用這一優(yōu)勢提高測距定位精度,最適合應用于 UWB定位系統(tǒng)。在基于信號到達時間的定位方式中,時延估計是目標定位中的重要技術,時延估計的精度直接影響定位性能,有效的高分辨?zhèn)?/p>

3、輸時延估計是采用 TOA技術進行精確定位的關鍵。為克服多徑和非視距環(huán)境對定位精度的影響,必須采用高分辨率時延估計算法。本文在分析 UWB多徑信道模型和信號模型的基礎上,將基于子空間的參數估計算法引入 UWB定位系統(tǒng)中,實現高分辨時延估計。
　　本文主要結構和內容如下:
　　在分析了全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)、藍牙、Wi-Fi無線定位系統(tǒng)以及其他室內無線定

4、位系統(tǒng)的基礎上,概括出 UWB無線定位系統(tǒng)抗干擾能力強、多徑分辨率高、發(fā)射功率低等優(yōu)勢,結合國內外對UWB定位的研究現狀,明確本文研究目的和意義。
　　在概述 UWB通信基本知識的基礎上,研究分析了 UWB的各種定位方法,從理論上證明了基于信號到達時間的定位方式可以充分利用 UWB時間分辨率高的優(yōu)勢,提高定位精度。為之后研究基于超寬帶系統(tǒng)的高分辨時延估計方法作理論準備。
　　由于信號在傳播過程中可能會受到多徑、反射、衍射、非

5、視距等因素的影響,使得傳統(tǒng)的時延估計方法精度較低,不能實現精確定位。為實現密集多徑環(huán)境下UWB信號高分辨時延估計,針對 UWB信號時延估計方法展開深入研究,在研究傳統(tǒng)相關法、雙譜法的基礎上,分析其缺陷,將基于子空間的參數估計算法引入到UWB時延估計當中,分別研究了 MUSIC算法、LS-ESPRIT算法、TLS-ESPRIT算法的高分辨時延估計性能,并在多徑環(huán)境下進行仿真實驗,驗證了基于子空間算法的有效性。最后,將 TLS-ESPRIT