超宽带技术在工业通信中的应用研究

超宽带(UWB)技术由于其特有的优点受到越来越多的关注,与现有无线通信技术相比,UWB技术占有更宽的频带,具有更高的传输速率,更强的抗干扰能力.本文指出了UWB技术应用于工业通信时需要解决的问题.针对UWB系统的MAC协议设计这一热点问题,文章通过对现有用于UWB通信系统的MAC协议的综合分析和比较,提出针对工业通信需求的UWB-MAC协议设计的要求.     

基于UWB和RFID的井下矿用单轨吊车碰撞预警系统

针对矿用单轨吊车行驶过程中安全性差的问题,基于超宽带(UWB)无线通信技术和射频识别(RFID)技术,设计了单轨吊车碰撞预警系统。通过在岔道口处RFID的设置,结合UWB,有效解决了UWB的信号遮挡问题,大大提高了井下岔道口处的矿用单轨吊车的行驶安全性,且保证了其运输效率。     

DC-OFDM超宽带通信系统研究

在室内短距离无线通信技术中,超宽带(Ultra WideBand,UWB)技术凭借低成本、低功耗、保密性强、抗干扰能力强、传输速率高等优点,近年来得到了广泛的研究与发展,成为宽带无线通信系统的核心技术之一,已经受到学术界和工业界的广泛重视,具有广阔的应用与市场前景。本文以双载波-正交频分复用(dual-carrier orthogonal frequency division multiplexing,DC-OFDM)超宽带系统方案为研究对象,介绍了系统工作原理、发射端和接收端关键模块、频带划分方案等;阐述了超宽带短距离无线通信系统研究中使用的超宽带信道模型,用仿真数据说明了该信道模型的冲击响应特性;并分析了基于该模型的DC-OFDM超宽带系统的误码性能。     

超宽带脉冲信号的波形设计研究

UWB无线通信脉冲发射波形的优化设计不仅能够大大提高UWB系统的位误码率（BER）性能,而且还可以优化UWB无线系统的设计、提高功率效率、降低干扰并使得UWB无线通信系统与其它传统的通信系统能够更好地共存。脉冲波形设计在UWB系统中具有重要作用与意义。文章根据超宽带系统的特点与需求,提出了成形脉冲设计的具体要求和相关的评价指标。并介绍了UWB成形脉冲中几种典型超宽带成形脉冲。主要介绍了：高斯脉冲及其各阶导数脉冲、Hermite正交脉冲以及扁长椭球波函数（PSWF）正交脉冲等的实现原理和特点,最后介绍了脉冲波形设计过程中需要注意的一些影响因素。     

改善UWB系统性能的关键技术

针对超宽带无线通信的Rake接收机、采用参考脉冲的接收机的原理和优势进行了讨论,同时对多天线技术、协同通信技术的基本原理及其在UWB中的应用进行分析。     

关于煤矿井下人员智能化定位系统的设计研究

针对某煤矿井下人员定位系统采用的是有线传输且只能通过手动方式触发求救信号的局限性,基于UWB超宽带定位技术和Lo Ra无线通信技术对人员定位系统进行了智能化改造。实际测试发现,当无线通信距离在1.5 km以内时通信误码率为0,且定位系统的手动求救和自动求救成功率分别达到了100%和96%。     

基于虚拟仪器的UWB超宽带射频芯片自动测试系统的研究

本文基于虚拟仪器技术设计了UWB(Ultra WideBand)超宽带微波射频芯片自动测试系统,实现对测试仪器的实时控制,完成UWB射频芯片的各参数测试。并可以通过虚拟测试平台实现测试过程的监测和测试数据的采集、处理,生成测试报告。本系统简化了测试流程,减少了人为引起的干扰,提高了测试效率及精确度,对于UWB超宽带射频芯片的测试和性能评估具有重要意义。     

基于超宽带技术的工业无线传感器网络研究

随着无线技术的发展,其在工业控制网络系统中的应用日益增加.超宽带(UWB)技术由于其特有的优点受到越来越多的关注,本文对基于超宽带技术的工业无线传感器网络的设计进行了概括和分析,并提出了需要进一步研究的主要问题,探讨了超宽带技术在工业领域应用的可行性及推广前景.     

全球首款UWB电视

美国飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)日前宣布，中国著名家电厂商——海尔集团(以下简称海尔)采用了该公司的UWB(超宽带)无线芯片。海尔计划从2005年下半年开始在中国、2006年在美国上市这种液晶电视。此次是首次在全球上市支持UWB的电视。设想通过与硬盘录像机和DVD影碟机等无线连接的方式来使用。     

面向相对导航的UWB测距误差估计与补偿方法

基于无人飞行器和智能机器人等载体构成的智能集群是当前的研究热点,相邻或相近集群成员之间精确的相对距离是密集集群实现协同控制的关键信息。超宽带(UWB)无线传输技术能传输信息,同时具有厘米级的理论测距精度,在集群的协同导航与控制中具有广阔的应用前景。面向集群成员间相对导航的厘米级测距需求,阐述了UWB的测距方案,分析了实际环境中UWB天线的时钟偏移、节点之间有相对速度和非视距环境引起的测距误差的特性,研究了UWB距离测量的状态检测和误差补偿、估计的方法,采用DW1000超宽带模块构建了实验环境,对所研究的方法进行实验验证。结果表明,所研究的方法可显著提高UWB在实际应用中的测距精度,与传统的测距算法相比,在空旷环境(LOS)状态下误差降低了70%,在非视距环境(NLOS)状态下误差降低了50%。     

基于UWB的车库交互系统研究

为实现车库的高交互性能和准确定位,针对现有车库交互性能差、找车难、停车难且取车麻烦的问题,设计了基于UWB(超宽带)和多传感器数据融合的车库交互系统。实验证明,UWB定位系统自动生成的参考倒车路线与人工倒车路线基本吻合时能成功把车倒进空车位里,基于自适应滤波算法的UWB定位系统方案可行且定位准确。     

基于FPGA的跳时延发射参考系统的基带数字信号处理

超宽带(UWB)通信通过传输能量极低的极短脉冲和占用超大带宽来完成短距离的高速通信.由于其极高的数据传输率,抗多径衰落,低成本和低功耗等诸多优点,成为短距离无线通信系统的研究热点.在有诸多优点的同时, 它的实现又面临着很多挑战,比如系统采样率极高,对同步精度要求极高,信道估计极为复杂.而跳时延发射参考(Delay Hopped Transmitted Reference-DHTR)系统是超宽带系统的一个低复杂度的实际可行的方案:通过在模拟域做相关操作,大大降低了系统的采样率和数字信号处理的数据量;把传输的参考脉冲作为信号脉冲的污损模板,绕过了复杂的信道估计问题.本文的工作是AIRLINK[4]项目演示任务的一部分.文中说明了DHTR UWB通信系统的工作原理;分析给出系统的框架结构;通过对文献[3]给出的接收信号数学模型进行简化,分析得到了同步解调的方法;并针对DHTR系统符号同步方法,提出了两种电路实现的结构-串行同步和并行同步结构;然后用FPGA实现了DHTR系统发射端和接收端的基带数字信号处理部分;最后搭建了一个完整的验证平台,对系统进行了功能验证.此系统的电路综合结果表明系统实现了低复杂度、低成本,证明了它在超宽带通信中的可行性和实用性.     

复杂坏境下基于SINS/UWB的容错组合定位技术研究

针对超宽带无线定位系统在复杂坏境中出现的定位数据丢失以及粗大误差等导致SINS/UWB组合系统定位精度下降的问题,提出了一种基于超宽带定位系统容错判断的组合定位方法。首先根据捷联惯导测量值进行基于中值滤波的运动载体静止状态检测,进而利用最小二乘法实现静止状态下捷联惯导量测偏差矫正;然后在建立SINS/UWB组合定位模型的基础上,引入决策树容错判断机制,对超宽带定位系统在复杂环境中由于信号干扰以及非视距导致的测量数据丢失以及粗大定位误差进行实时评估,进而应用卡尔曼滤波算法,实现容错组合定位系统的构建。在搭建的SINS/UWB组合定位实验平台中进行模型验证,结果表明容错组合定位系统能够有效检测出UWB定位系统出现的定位数据丢失以及粗大定位误差,并且在UWB粗大误差状态持续6 s的情况下,容错组合定位系统仍然能够保持较高的定位精度。     

基于超宽带位置指纹与惯导融合的室内定位技术研究

在室内定位环境复杂多变的情况下,超宽带(UWB)信号易受多径干扰和非视距环境影响,导致定位精度不高。鉴于指纹定位和惯导定位不受多径干扰和非视距环境影响,以及UWB信号具有时间分辨率高和测距精确的特点,以由非对称双边双向测距算法获得的UWB测距值为指纹库匹配数据,建立了结合K中心聚类和加权K近邻的UWB指纹定位算法;提出了利用扩展卡尔曼滤波将UWB指纹定位与惯导定位进行融合的融合定位算法。定位实验结果显示,该融合定位算法能将平均定位误差降至0.248 m,对有效提高室内定位系统的可靠性和定位精度具有重要作用。     

超宽带穿墙SAR对目标运动参数的估计和位置矫正

利用超宽带穿墙雷达跟踪运动目标在军事和民用领域的应用日益广泛.目标运动参数估计和位置矫正是超宽带穿墙合成孔径雷达(UWB TW-SAR)对运动目标跟踪的两大关键部分.针对传统方法只能对匀速运动目标参数估计的不足,研究了一种基于乘积型高阶模糊度函数(PHAF)算法的加速运动目标参数估计新方法,并分析了墙体折射对运动目标聚焦位置的影响,对目标运动轨迹进行矫正.仿真结果证明了该方法能较准确地估计加速运动目标参数并实现目标的跟踪.     

面向掘进机的超宽带位姿检测系统精度分析

为实现悬臂式掘进机的无人化作业,提出了一种基于超宽带(UWB)测距技术的位姿检测方法;通过分析悬臂式掘进机工况环境及局域定位技术原理,设计了UWB位姿检测系统,该系统利用4个搭载UWB模块的移动基站机器人对机身节点进行测距,经过解算测距信息得到掘进机位姿参数;并开展了狭长封闭巷道中的UWB测距精度验证实验,仿真分析了基于直接解析法和基于Caffery算法的系统位姿精度。研究表明UWB模块在狭长封闭巷道中的测距精度可达2 cm,系统三轴定位精度在10~95 m的狭长封闭空间中从4 mm~3 cm呈线性增加,系统航向角、俯仰角、横滚角精度从0.2°~1.5°呈线性增加,满足悬臂式掘进机位姿检测精度要求,为掘进机自主巡航的实现提供了基础。     

面向室内行人的Range-only UWB/INS紧组合导航方法

为了提高室内行人组合导航系统的精度和灵活性,提出了一种Range-only超宽带(UWB)/惯性导航系统(INS)紧组合导航方法。该方法将锚点的位置信息引入到系统状态变量中并通过数据融合滤波器进行预估,以克服传统UWB/INS紧组合导航模型中需要预先获取锚点位置信息的缺点,减少锚点位置信息精度对组合导航系统的影响。在此基础上,利用迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)来完成组合导航系统的数据融合滤波,以提高对目标行人导航信息的预估精度。实验结果显示,所提方法的平均绝对位置误差与传统UWB/INS紧组合方法相比降低了11.69%,算法对锚点位置信息的依赖程度也显著降低。     

基于UWB技术的生产吊装作业安全监控及预警系统

介绍了超宽带UWB技术及其发展历史,从生产场所物联网技术的特点出发,说明了实时定位技术UWB的应用优点,并介绍了UWB技术的组成部分和技术特点。从吊装作业现场需求出发,阐述了需要采集的现场信息及作业安全监控及预警系统的信息获取、处理和传输方式,指出了UWB技术作为关键技术在系统中的具体应用。同时,介绍了系统从监控数据中提取信息、算法处理、现场和隐患故障报警的功能模型,进一步说明了故障预测算法。     

超带宽无线通信中高速纠错编码硬件电路设计

超带宽(Ultra Wideband,UWB)系统具有高传输速率、低功耗、低成本等独特优点,是下一代短距离无线通信系统的有力竞争者。维特比(Viterbi)译码性能优越,在允许全并行情况下实现高速传输。文章研究并实现了一种Viterbi码在AWGN信道和基于OFDM调制的超带宽系统中的应用。     

基于因子图的 INS / UWB 室内行人紧组合定位技术

针对室内复杂应用场景下待定位行人接收到的超宽带(UWB)测距信息数量不确定问题,提出一种基于因子图的INS/UWB室内行人紧组合定位算法,实现对动态随遇接入与退出的UWB量测信息有效融合。首先,基于室内行人运动模型以及UWB量测模型构建INS/UWB紧组合因子图模型,由于对行人位置与速度同时进行建模估计,导致该因子图模型含有环结构。在此基础上,针对有环因子图模型基于和积算法(SPA)通过两次迭代推导因子图中各节点间消息传递算法,计算行人位置与速度的后验概率密度。进一步,针对特殊量测矢量条件下因子图算法定位误差跳变问题,提出一种基于坐标变换的因子图改进方法,从而有效提高行人位置与速度估计精度。仿真结果表明,本文提出的INS/UWB紧组合定位算法可以有效融合动态随遇接入与退出的UWB测距信息。在满足计算量与内存消耗需求的前提下,与变结构多模型扩展卡尔曼滤波(EKF)相比,本文提出算法的定位精度与速度估计精度可以分别提高14.94%与56.42%。