基于線性調(diào)頻信號(hào)的超寬帶無(wú)線定位研究.pdf

1、近年來(lái)，由于社會(huì)對(duì)中短距離無(wú)線通信、定位的巨大需求和微電子、射頻等硬件技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，超寬帶(UWB)系統(tǒng)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。本文關(guān)注的線性調(diào)頻信號(hào)(Chirp)超寬帶就是其中的一種。由于此系統(tǒng)具有多徑分辨率高，傳輸距離較遠(yuǎn)，信號(hào)穿透力強(qiáng)，對(duì)抗干擾和多普勒頻偏的能力強(qiáng)，信號(hào)峰均比小，功耗和成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)，十分適合于室內(nèi)外中短距離定位。本文主要針對(duì)車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、學(xué)校和醫(yī)院等中小尺度空間進(jìn)行超寬帶定位。其高可靠性的定位結(jié)果可以用于跟蹤

2、、導(dǎo)引、消防營(yíng)救、反恐或其它緊急服務(wù)。
　　 本文主要研究如何利用Chirp超寬帶進(jìn)行定位，而定位的關(guān)鍵在于是否能準(zhǔn)確地測(cè)量信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)。針對(duì)接近實(shí)際傳播環(huán)境的超寬帶信道模型，在現(xiàn)有的各種時(shí)延測(cè)量和定位算法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)進(jìn)行了下列工作：
　　 首先介紹了Chirp超寬帶的相關(guān)背景，并詳細(xì)分析了Chirp信號(hào)的擴(kuò)頻原理和基于脈沖壓縮的時(shí)延估計(jì)方法。針對(duì)同一超寬帶信道，使用不同帶寬的Chirp信號(hào)進(jìn)行仿真。仿真

3、結(jié)果說(shuō)明此方法的時(shí)延估計(jì)性能與Chirp信號(hào)帶寬密切相關(guān)，適合大帶寬下的定位應(yīng)用。
　　 然后引入高階累計(jì)量的概念，計(jì)算Chirp信號(hào)的四階累積量，改進(jìn)了基于四階累積量TLS-ESPRIT算法。此方法先通過(guò)TLS-ESPRIT算法進(jìn)行初步時(shí)延估計(jì)并以此確定譜峰搜索的區(qū)間，接著使用MUSIC算法對(duì)初步估計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正，同時(shí)剔除虛徑。MATLAB仿真結(jié)果表明新算法適用于Chirp信號(hào)的帶寬較小且信道包含色噪聲的情況。同時(shí)，本文還指出

4、了在仿真設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中，三個(gè)重要參數(shù)需要服從的幾個(gè)關(guān)系。
　　 接著介紹了多級(jí)維納濾波器相關(guān)內(nèi)容，推導(dǎo)了Chirp信號(hào)的四階矩矩陣，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了基于解相干MUSIC算法。此算法用基本的乘加運(yùn)算避免了超分辨算法中的特征值分解，極大地減小了運(yùn)算量，方便硬件處理實(shí)現(xiàn)。當(dāng)Chirp信號(hào)的帶寬較小且信道為白噪聲時(shí)，仿真結(jié)果表明在運(yùn)算復(fù)雜度極大降低的前提下，本文算法仍然保持了解相干MUSIC算法的優(yōu)越性能。
　　 最后將本文提