超宽带无线定位技术研究

发布时间：2017-05-16 16:27

  本文关键词：超宽带无线定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自从超宽带技术被美国联邦通信委员会允许应用在民用产品上之后,开始受到许多科研机构的广泛关注。而今随着移动互联网与本地生活服务的融合,人们对基于位置的服务需求愈发强烈。超宽带作为一种特殊的通信体制,在无线定位方面具有抗多径衰落、强穿透力、高定位精度等优点,因此被认为是极具潜力的无线定位技术。本文主要研究超宽带定位系统的测距定位。根据超宽带信号时间分辨率高的特点选择基于到达时间差(TDOA)测距。通过对IEEE802.15.4a信道模型仿真分析得出测距结果受非视距(NLOS)误差影响较大,而根据量化检测受噪声干扰较小的特点,本文提出采用电平量化检测的TOA估计,并依据线性卡尔曼的平滑处理,实验证明三电平量化检测有较好的TOA估计性能。定位方面,先介绍Chan和Taylor两个经典定位算法的实现原理及定位误差分析;针对Taylor算法对初始值要求高但定位精度较高的特点,采用融合的思想,提出先对初始坐标进行修正,再使用Taylor算法迭代定位。基于初始坐标修正算法实现方式为:先将TDOA定位模型的求解转化为求解无约束非线性最优化问题,并得到目标函数;针对最速下降法收敛速度慢和牛顿算法计算量大的特点,提出了基于变尺度法的初始坐标修正算法。此外,为进一步优化算法,提出基于Armijo步长的变尺度法,并对改进变尺度法的全局收敛性进行分析。仿真结果表明,本文提出基于改进变尺度法的初始坐标修正算法,不仅能够降低定位优化算法对于初始坐标的要求,而且具有比传统最速下降法更高的定位精度和更快的优化收敛速度,满足Taylor级数展开法对初值的要求。最后将基于改进变尺度法和Taylor算法的混合算法与Chan算法、Taylor算法在蜂窝网络中进行比较,实验结果表明混合算法具有比传统定位算法更高的定位精度。
【关键词】：超宽带通信 变尺度算法 Armijo步长 到达时间差
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 论文摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 概述10-12
• 1.2.1 超宽带通信技术10-11
• 1.2.2 无线定位技术11-12
• 1.3 超宽带定位的发展现状12-14
• 1.4 本文的研究内容及安排14-16
• 2 超宽带通信系统16-33
• 2.1 超宽带的定义16-17
• 2.2 超宽带信号介绍17-20
• 2.3 超宽带调制与多址接入20-25
• 2.3.1 跳时多址接入20-23
• 2.3.2 直接序列多址接入23-25
• 2.4 IEEE802.15.4a超宽带信道模型25-30
• 2.4.1 路径损耗模型26-27
• 2.4.2 多径传播模型27-29
• 2.4.3 小尺度衰落模型29-30
• 2.5 IEEE802.15.4a超宽带信道模型仿真30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 无线定位技术33-41
• 3.1 无线定位方法分类33-38
• 3.1.1 非测距定位方法33-34
• 3.1.2 基于测距的定位方法34-38
• 3.2 定位系统性能评价标准38-40
• 3.3 定位误差来源及分析40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 UWB信号的TOA估计41-52
• 4.1NLOS的识别和抑制41-44
• 4.2 基于线性卡尔曼滤波的TOA估计44-46
• 4.3 基于电平量化检测的TOA估计46-50
• 4.3.1 基于量化的二元假设检验46-49
• 4.3.2 基于二元检验的TOA估计49-50
• 4.4 TOA估计仿真50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 超宽带无线定位算法52-72
• 5.1 定位问题的描述52-53
• 5.2 Chan算法与Taylor算法53-57
• 5.2.1Chan算法53-55
• 5.2.2Taylor算法55-57
• 5.3 改进定位算法及其收敛性分析57-63
• 5.3.1 变尺度法原理57-58
• 5.3.2 改进变尺度法58-59
• 5.3.3 算法步骤59
• 5.3.4 基于修正后的初始坐标进行Taylor级数展开定位59-60
• 5.3.5 改进变尺度法的收敛性分析60-63
• 5.4 仿真结果分析63-67
• 5.5 混合定位算法应用于蜂窝网络定位67-71
• 5.6 本章小结71-72
• 6 总结72-74
• 参考文献74-78
• 在学研究成果78-79
• 致谢79

【共引文献】

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本文编号：371368