iruwb测距系统中toa估计算法研究-toa estimation algorithm in ir uwb ranging system.docx

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iruwb测距系统中toa估计算法研究-toa estimation algorithm in ir uwb ranging system

独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得桂林电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名:日期:关于论文使用授权的说明本人完全了解桂林电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属桂林电子科技大学。本人保证毕业离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为桂林电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于必威体育官网网址在年解密后适用本授权书。本人签名:日期:导师签名:日期:摘要摘要脉冲无线电超宽带(IR-UWB)是一种使用脉冲方式的无载波通信技术,由于其具有时间分辨力高、抗干扰性能好、传输速率高、功耗低等优点,是未来通信与定位应用的首选技术之一。目前,大部分测距技术都是基于直达单径(DP)的到达时刻估计,但由于室内环境中噪声、多径干扰、非视距传输的影响,直达单径不是最强路径,因此,如何在多径、非视距环境下实现较高TOA估计精度是超宽带测距技术面临的一个挑战。目前针对TOA估计的研究主要有两种:基于匹配滤波的相关检测法和基于能量检测的非相关检测法。在IEEE802.15.4a的各种标准提案中,推荐通过能量检测方案实现低速率、低功耗的测距与定位。因此,国内外学者普遍把研究重点放在基于能量检测的非相关TOA估计算法上。本文在简要分析了超宽带基本原理的基础上,以减小噪声影响和提高测距精度为目的,对超宽带测距系统中TOA估计算法进行了深入研究。首先,从超宽带特有的信号及信道传播特性入手分析了路径损耗、多径延时等对测距精度的影响,并为后续的TOA估计方法研究提供了数学模型。其次,根据超宽带信号的特性分析超宽带用于测距的优势,并以到达时间的测距技术为基础,介绍传统的TOA估计方法及TOA估计的性能界。第三,通过对已有的非相关检测算法的研究和改进,得出一种基于能量检测的锯齿波相关TOA估计方案。先将接收信号通过能量检测接收机,提取信号包络信息,再利用锯齿波作为本地模板信号与包络信号做相关,相关峰位置为直达单径的TOA估计。仿真结果表明,此算法不仅省略了门限的设置过程,而且还可达到与门限法相近的估计精度,具有算法复杂度小,估计精度高的优点。最后,针对能量检测方法在低信噪比环境下性能较差,导致TOA估计精度大幅降低的缺点,文中先将小波降噪方法引入到TOA估计中,降噪后的信号经过最小二乘估计得到信道幅度衰减因子和时延参数,然后通过恒虚警(CFA)准则的门限检测方法得到直达单径的TOA估计。仿真结果表明,本方案在小信噪比环境下可以更好的完成测距工作,具有较好的测距精度,并且CFA准则下的TOA估计性能优于固定门限。关键词:超宽带(UWB);测距;到达时间(TOA);能量检测IAbstractAbstractImpulseradioultra-wideband(IR-UWB)isapromisingpulse-basedcarrierlesscommunicationtechnology.Withtheadvantagesofthehighpositionalaccuracy,greatanti-interferenceperformance,highdatacommunicationrates,andlowpowerconsumption,itbecomesoneofthefirstchoicesoftechnologyforfuturecommunicationandpositionestimationapplications.Nowadays,mostofpositionestimationmethodsaremainlybasedonthetimeofarrival(TOA)estimationofthedirectpath(DP)betweenthetransmitterandthereceiverwhichishoweveroftenaffectedbyindoornoise,multi-pathpropagation,andnon-light-of-sight(NLOS)environments.Therefore,itisagreatchallengeofIR-UWBrangingtechnologytoachievehigherestim

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