IR-UWB測距系統(tǒng)中TOA估計算法研究.pdf

1、脈沖無線電超寬帶(IR-UWB)是一種使用脈沖方式的無載波通信技術(shù),由于其具有時間分辨力高、抗干擾性能好、傳輸速率高、功耗低等優(yōu)點,是未來通信與定位應(yīng)用的首選技術(shù)之一。目前,大部分測距技術(shù)都是基于直達單徑(DP)的到達時刻估計,但由于室內(nèi)環(huán)境中噪聲、多徑干擾、非視距傳輸?shù)挠绊?直達單徑不是最強路徑,因此,如何在多徑、非視距環(huán)境下實現(xiàn)較高TOA估計精度是超寬帶測距技術(shù)面臨的一個挑戰(zhàn)。
　　目前針對TOA估計的研究主要有兩種:基于匹配

2、濾波的相關(guān)檢測法和基于能量檢測的非相關(guān)檢測法。在IEEE802.15.4a的各種標準提案中,推薦通過能量檢測方案實現(xiàn)低速率、低功耗的測距與定位。因此,國內(nèi)外學者普遍把研究重點放在基于能量檢測的非相關(guān)TOA估計算法上。
　　本文在簡要分析了超寬帶基本原理的基礎(chǔ)上,以減小噪聲影響和提高測距精度為目的,對超寬帶測距系統(tǒng)中TOA估計算法進行了深入研究。首先,從超寬帶特有的信號及信道傳播特性入手分析了路徑損耗、多徑延時等對測距精度的影響,并

3、為后續(xù)的TOA估計方法研究提供了數(shù)學模型。其次,根據(jù)超寬帶信號的特性分析超寬帶用于測距的優(yōu)勢,并以到達時間的測距技術(shù)為基礎(chǔ),介紹傳統(tǒng)的TOA估計方法及TOA估計的性能界。第三,通過對已有的非相關(guān)檢測算法的研究和改進,得出一種基于能量檢測的鋸齒波相關(guān)TOA估計方案。先將接收信號通過能量檢測接收機,提取信號包絡(luò)信息,再利用鋸齒波作為本地模板信號與包絡(luò)信號做相關(guān),相關(guān)峰位置為直達單徑的TOA估計。仿真結(jié)果表明,此算法不僅省略了門限的設(shè)置過程,

4、而且還可達到與門限法相近的估計精度,具有算法復(fù)雜度小,估計精度高的優(yōu)點。最后,針對能量檢測方法在低信噪比環(huán)境下性能較差,導(dǎo)致TOA估計精度大幅降低的缺點,文中先將小波降噪方法引入到TOA估計中,降噪后的信號經(jīng)過最小二乘估計得到信道幅度衰減因子和時延參數(shù),然后通過恒虛警(CFA)準則的門限檢測方法得到直達單徑的TOA估計。仿真結(jié)果表明,本方案在小信噪比環(huán)境下可以更好的完成測距工作,具有較好的測距精度,并且CFA準則下的TOA估計性能優(yōu)于固