IR-UWB定位系统中TOA估计及非视距NLOS鉴别研究

摘要

超宽带(Ultra Wide-band，UWB)通信技术利用脉宽极窄的脉冲传输数据，具有传输速率高、带宽极宽、时间分辨率高等许多优点，当UWB信号用于测距定位时，理论上可以达到厘米级的定位精度。本文根据超宽带信号的特点，对超宽带无线定位系统中基于TOA的定位问题进行深入的研究，此外在当今对定位精度要求日益提高的情况下，无线链路中的非视距NLOS传播成为提高测距定位精度的瓶颈，本文对无线链路的非视距NLOS问题也做了深入研究，在定位误差模型的基础上提出了一种基于Neyman-Pearson检测判决理论的NLOS检测方案。本文主要工作概括如下:
　　1.深入学习超宽带基础理论，对IEEE802.15.4a信道进行了分析与学习，并对信道的冲击响应进行了仿真。
　　2.研究了定位系统中测距定位的相关理论及基于时间的测距定位方法，对基于卷积相关的最强路径检测的TOA估计算法进行深入的研究，通过仿真分析其测距的性能，得出了其误差的分布模型，提出了基于卷积相关TOA估计的超宽带无线定位方案，并进行理论推导，仿真结果表明在测距误差小于6m时候定位精度都在1m以内。
　　3.在研究基于定位误差的模型的基础上，研究了Neyman-Pearson检测判决理论，提出了基于Neyman-Pearson检测判决理论的非视距NLOS鉴别的新方案，并进行了方案的理论推导，最后进行了仿真分析，实验结果表明在一定的虚警概率下，NLOS鉴别概率能达到90％以上，并通过仿真分析了鉴别概率的影响因素。
　　4.应用非视距识别的先验信息，在非视距定位中引入非视距矫正因子，对非视距误差进行矫正消除，实验结果表明在非视距链路识别的基础上应用非视距消除算法后可以明显提高定位精度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外研究进展

1．1．1 超宽带通信的历史

1．1．2 超宽带通信的特点

1．1．3 超宽带的应用

1．1．4 超宽带无线定位的研究现状

1．2 本文的主要工作

1．3 论文内容安排

第二章 超宽带基本理论

2．1 超宽带信号

2．2 超宽带调制方式

2．2．1 TH-PPM-UWB信号

2．2．2 DS-UWB信号

2．3 超宽带信道模型简介

2．3．1 修正的△-K模型

2．3．2 S-V模型

2．3．3 IEEE802．15．4a模型

第三章 UWB定位中TOA估计算法及性能研究

3．1 UWB定位简介

3．1．1 基于RSS(reeeived signal strength)的UWB测距定位技术

3．1．2 基于AOA(angle of arrivial)的UWB测距定位技术

3．2 基于TOA测距的定位方案

3．2．1 基于TOA估计的测距技术

3．2．2 基于卷积相关TOA估计的定位方案

3．2．3 基于卷积相关的最强路径检测TOA估计

3．4 TOA估计算法性能及仿真

3．4．1 TOA估计误差分析

3．4．2 TOA估计性能仿真及结果分析

第四章 UWB定位链路中非视距NLOS的识别

4．1 无线定位中的非视距问题

4．2 两种NLOS识别算法

4．2．1 基于信道特征的NLOS识别算法

4．2．2 基于到达信号参数特征的识别方法

4．3 基于N-P检测理论的NLOS识别算法

4．3．1 基于UWB定位的误差模型

4．3．2 Neyman-Pearson检测判决理论

4．3．3 基于TOA误差的NLOS传播的判决

4．3．4 算法仿真及分析

第五章 基于NLOS误差消除的UWB定位

5．1 基于加权最小均方算法(WLS)的NLOS消除

5．2 仿真实验分析

结束语

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果