基于超宽带（UWB）技术的测距方法研究

近年来，超宽带技术以其独特的技术优势受到越来越多的关注，尤其是在2002年2月美国联邦通信委员会正式允许超宽带技术用于民用后，关于超宽带应用的研究日益增多。超宽带脉冲无线电是在时域发射极窄的脉冲，相应地在频域产生频带很宽、功率谱密度极低的信号。因其具有良好的信号隐蔽性、极低的功耗、高的多径分辨率等优点，在军事和民用领域有着广泛的应用前景。 随着无线通信网相关技术的发展以及用户对业务种类需求的提高，无线通信网中的测距和定位功能显得越来越重要。传统的几种定位技术，例如：GPS定位、基于蜂窝网无线定位(Cell ID定位)等，各有不同的优势和局限性。超宽带技术由于具有抗噪声和抗干扰能力强、多径分辨率高、穿透能力强、通信容量大等众多优点，在众多无线定位技术中脱颖而出，成为未来无线定位技术中极具潜力的技术。 基于时间测量的超宽带测距方法的主要误差来源于多径传播和非视距传播。因此，怎样在多径、非视距环境中获得高的测距精度，是超宽带测距技术面临的一个挑战。传统的基于时间测量的超宽带测距算法是利用信号互相关最大值的时刻作为估计值，但由于多径、非视距传播的存在，导致第一个达到的路径通常不是能量最强的路径，所以，如何检测第一条到达的路径非常重要。 利用信号互相关的测距算法虽然能获得较高的测距精度，但由于超宽带信号带宽非常宽，所以这种方法需要很高的采样频率。相比奈奎斯特采样频率来说，超宽带信号接收端只能以比较低的频率采样，这使得它不能有效的捕获每个多径成分的能量。因此，基于能量检测的测距方法以其简单性和低采样率成为人们的又一选择。 本文在分析超宽带通信基本原理的基础上，以提高测距精度和减少噪声的影响为目的，主要针对测距算法进行了研究。本文完成了以下两个方面的研究工作： 1)提出了一种新的两步测距算法。首先在综合分析文献的基础上，本文归纳出基于信号互相关的两种基本的测距算法。为了减小非视距传输造成的测距误差，两步测距算法的第一步是对接收信号做统计平均，并利用信号互相关的方法，得到粗略的时间；第二步是利用迟早门信号原理来进一步进行时间检测的优化，理论和仿真实验证明了该算法实现了测距性能的提高。 2)提出了基于自适应噪声抵消的测距算法。本文首先系统地归纳出基于能量检测的四种主要测距算法。然后针对能量检测平方了噪声项、加大了噪声影响的弊端，本论文利用自适应噪声抵消系统来减小能量检测对噪声放大的影响。理论和仿真实验证明本文提出的算法在信噪比较小的情况下都能较好地完成测距工作，并具有较高的测距精度。