超宽带室内定位系统应用技术

**章 绪论1 1.1 无线定位技术简介1 1.2 超宽带技术概述3 1.2.1 UWB技术定义4 1.2.2 UWB技术特点5 1.2.3 UWB技术的应用6 1.3 超宽带室内定位技术简介7 1.3.1 超宽带室内定位原理及系统构成7 1.3.2 超宽带室内定位系统的应用前景9 1.4 超宽带室内定位技术现有产品9 小结11 参考文献11 第2章 IR-UWB窄脉冲设计13 2.1 超宽带脉冲的产生方法13 2.2 常用的脉冲模板16 2.2.1 高斯脉冲及其各阶导数17 2.2.2 正交Hermiter脉冲22 2.2.3 升余弦脉冲25 2.2.4 基于窗函数载波调制的脉冲26 2.2.5 小波脉冲28 2.3 基于数字逻辑电路的窄脉冲的设计34 2.3.1 利用模拟器件的特性产生窄脉冲34 2.3.2 利用数字电路产生窄脉冲37 2.4 基于双非门结构的窄脉冲的设计41 2.5 超宽带脉冲信号的调制45 2.5.1 脉冲幅度调制（PAM）45 2.5.2 脉冲位置调制（PPM）47 2.5.3 多址技术48 2.5.4 TH-PPM脉冲序列的电路实现51 小结56 参考文献57 第3章 小型化超宽带天线设计59 3.1 小型化超宽带天线设计研究现状60 3.2 天线基本理论概述62 3.2.1 天线发展的历史62 3.2.2 天线的基本电参数62 3.2.3 天线的馈电方法67 3.3 天线设计数值方法68 3.3.1 矩量法69 3.3.2 有限元法69 3.3.3 时域有限差分法70 3.4 小型化、宽带化天线设计方法70 3.4.1 天线的小型化技术71 3.4.2 扩展带宽的技术73 3.5 不同结构的小型化超宽带天线设计74 3.5.1 弧形贴片超宽带微带天线74 3.5.2 超宽带宽缝隙天线78 3.5.3 阶梯形超宽带微带天线82 3.6 具有带阻特性的小型化超宽带天线设计88 3.6.1 带阻特性的研究88 3.6.2 倒U形带阻超宽带微带天线89 3.6.3 倒叉形带阻超宽带微带天线92 小结96 参考文献97 第4章 新型超宽带带通滤波器设计100 4.1 超宽带信号频谱实现技术100 4.1.1 带通滤波器实现频谱101 4.1.2 上变频实现频谱102 4.2 性能分析103 4.2.1 交指耦合超宽带带通滤波器103 4.2.2 槽线锥形谐振器104 4.3 新型超宽带滤波器的设计106 4.3.1 新型超宽带带通滤波器的设计思想106 4.3.2 新型超宽带带通滤波器的设计与仿真106 小结108 参考文献108 第5章 超宽带信道测量及建模110 5.1 超宽带信号信道测量及建模方法研究现状110 5.2 超宽带信道模型理论基础112 5.2.1 大尺度衰落113 5.2.2 小尺度衰落113 5.2.3 超宽带标准信道模型113 5.3 基于频域测量的超宽带室内—室外信道测量及建模115 5.3.1 信道测量原理和环境115 5.3.2 路径损耗及阴影衰落117 5.3.3 信道冲激响应123 5.3.4 信道参数126 5.3.5 室内至走廊多径信道模型129 5.3.6 信道特征参数130 5.4 基于射线追踪方法的超宽带信道测量及建模131 5.4.1 信道仿真原理和环境131 5.4.2 空间功率分布132 5.4.3 路径损耗及阴影衰落133 5.4.4 室内及走廊的多径功率剖面135 5.4.5 室内信道参数137 5.4.6 室内到走廊多径功率剖面特点139 5.4.7 幅度衰落特9 5.4.8 室内及走廊多普勒扩展141 5.4.9 信道特征参数142 5.4.10 实测和仿真结果的比较142 小结144 参考文献145 第6章 超宽带室内定位系统接收机设计及分析149 6.1 超宽带信号接收机设计简介149 6.2 接收机同步原理150 6.2.1 基于检测理论的同步方法151 6.2.2 基于估计理论的同步方法151 6.3 超宽带接收机原理及结构153 6.3.1 相干接收原理和结构153 6.3.2 自相干接收原理和结构154 6.3.3 非相干接收原理和结构155 6.4 方案设计156 6.4.1 超宽带室内定位接收机射频端设计158 6.4.2 可控积分检测电路设计166 6.4.3 超宽带室内定位接收机数字端设计170 小结182 参考文献182 第7章 高精度室内定位算法185 7.1 UWB室内定位算法研究现状185 7.2 常用定位算法简介186 7.3 超宽带室内定位算法数学模型188 7.3.1 TOA估计及其定位模型188 7.3.2 DOA估计及其定位模型189 7.3.3 RSS估计及其定位模型190 7.3.4 TDOA估计及其定位模型190 7.3.5 基于TDOA的UWB室内定位方案191 7.4 超宽带厘米级室内定位算法设计194 7.4.1 CHAN-TAYLOR级联定位算法194 7.4.2 PLS-PSO混合定位算法199 7.5 基于实际超宽带信道模型的定位算法设计203 7.6 干扰对定位精度影响分析209 7.6.1 信号模型210 7.6.2 二进制正交脉冲相位调制：2PPM-THMA210 7.6.3 二进制反极性脉冲幅度调制：2PAM-THMA213 7.6.4 仿真实验与讨论214 7.7 移动目标的定位跟踪算法研究218 7.7.1 常用的跟踪滤波算法218 7.7.2 室内目标跟踪原理和模型介绍222 7.7.3 无迹卡尔曼滤波算法仿真223 7.7.4 强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波及其仿真236 7.7.5 超宽带室内跟踪平滑算法分析244 小结250 参考文献