一种基于FPGA的超宽带雷达数字接收机

脉冲超宽带雷达回波信号由于带宽大而难以直接采样,文中设计并实现了一种基于FPGA的数字式脉冲超宽带雷达接收机。该接收机利用FPGA内嵌锁相环产生特定频率的时钟,驱动四路10 bit ADC器件,根据回波信号在一段时间内呈准静态及周期性的特点,实现了四通道时域伪随机等效采样。仿真及测试结果表明,该数字式脉冲超宽带雷达接收机等效采样速率可达10 GS/s,可有效接收雷达回波信号,满足脉冲超宽带雷达的应用需求。     

IR-UWB数字相干接收机的硬件电路设计

在超宽带信号的接收中,相干接收比非相干接收拥有更高的分辨率,能充分发挥超宽带信号定位精度高等优点.相干接收机对UWB信号进行高速采样后再处理,采样的速度和精度是限制UWB相干接收机测距精度的主要因素.本文设计并实现了IR-UWB的数字相干接收机,接收机采用高速采样芯片ADC08D1000对脉冲超宽带（IR-UWB）信号进行双通道交织采样,然后使用FPGA对采样数据进行降速处理.测试结果证明,本文设计的接收机能准确捕获到脉宽为1 ns的UWB信号.     

脉冲超宽带中压缩感知的应用

目前,超宽带(UWB)技术是受到高度重视的一种短距离高速率的无线通信技术,在军事、雷达定位、灾害救援、测距及通信等领域均所应用。然而,由于频谱资源更加珍贵的条件下,使得超宽带无线通信技术的地位越来越重要。脉冲超宽带是其最为经典的实现方式,将压缩感知技术应用到脉冲超宽带中,可有效降低接收机的采样率,具有重要实践意义。     

脉冲超宽带通信在干扰条件下的性能仿真分析

对脉冲超宽带通信在干扰条件下的性能进行了研究。首先,建立了跳时脉冲超宽带通信发射机和接收机的仿真模型,应用仿真模型计算了接收机与发射机完全同步条件下,脉冲超宽带通信在单音干扰、部分频带噪声和宽带噪声以及超宽带随机脉冲干扰条件下的误码率特性,针对部分仿真结果给出了一些定量和定性解释。     

超宽带穿墙雷达取样脉冲产生器设计

在超宽带穿墙雷达接收机系统中,其关键的等效采样技术需要一种极窄脉宽高电压的脉冲触发采样门电路来对接收信号进行采样。介绍了超宽带取样脉冲产生技术,讨论并分析了几种常用超宽带脉冲产生方法的特点及其局限性。提出了新型的肖特基二极管脉冲整形网络,设计并实现了应用于等效采样接收机系统的新型亚纳秒取样脉冲产生器,很好地结合了雪崩晶体管与脉冲整形网络的优势,在显著减小脉宽的同时保持了较高的脉冲幅度。通过仿真分析和制作测试,获得了脉冲底宽为400 ps、幅度为6.46 V和波动水平为-14.7 dB的单极性窄脉冲,实测结果与设计数值一致性良好。这种简单高效廉价的电路十分符合超宽带穿墙雷达等效采样接收机取样脉冲的设计。     

超宽带冲击脉冲正交解调接收机幅相误差分析与校正算法

对脉冲体制的超宽带正交解调接收机幅相误差模型进行了深入分析。并基于冲击脉冲信号形式,提出新的正交解调接收机幅相误差分析与校正算法。弥补了现有的基于线性调频信号形式而提出的超宽带正交解调误差校正算法的不足,其更普适于各种超宽带信号形式。在实际系统中获得了理想的效果。     

一种超宽带等效采样接收机的设计与实现

脉冲超宽带雷达回波信号由于带宽大而难以直接采样,通常采用等效时间采样方法来进行模数转换。传统的等效采样接收机大都是基于改变ADC采样时钟的时延来实现等效采样,采样时钟对触发信号会产生亚稳态时序,不可避免地会出现数据误对齐,必须添加辅助的在线或离线校正设计。针对这一问题,设计了一种基于FPGA内置延迟线的超宽带等效采样接收机,FPGA产生延时可调的发射触发信号去控制波形产生系统,基于高速采样保持器和ADC完成回波接收,实现了超宽带射频信号的等效采样,而无数据误对齐问题。接收机的等效采样速率为12.8GS/s,-3dB采样带宽为6.4GHz,满足脉冲超宽带雷达的应用需求。     

基于变换采样的超宽带接收机设计

为了实现以较低的采样率对超宽带(UWB)脉冲信号进行采样以及在带宽和系统复杂度之间取得均衡,设计了一种基于变换采样的超宽带接收机系统.设计的接收机在AD芯片之前加入了跟踪保持放大器,提高了系统的模拟带宽(5GHz),通过采样时钟的较小延时实现了较高的等效采样率(8 GHz).主要用来接收带宽1 GHz以及以上的超宽带信号,利用VHDL进行编程,通过Chipscope抓取信号进行验证.测试表明,该系统能接收1 GHz以及以上带宽超宽带信号,达到了设计要求,可以用于超宽带通信与测距.     

冲击脉冲精密定位技术研究

介绍了超宽带脉冲精密定位信号形式。给出了基于超宽带脉冲信号的测距定位实现原理,以及基于最大似然估计的脉冲位置捕获方法。提出了一种脉冲早迟跟踪环路的实现方法。计算了高斯白噪声下环路的跟踪精度,并进行了相关性能分析。     

基于高速ADC和FPGA的IR-UWB相干接收机设计

为了探索超宽带(UWB)技术的空间应用,设计了一款脉冲无线超宽带(IR-UWB)的全数字化相干接收机。本系统利用高速采样芯片ADC08D1000对IR-UWB信号进行双通道交织采样,接下来利用Xilinx FPGA对采样数据进行降速处理。按照二分搜索、相干捕获、脉冲跟踪的方案进行接收系统设计,并对该接收机进行了实际测试。最终实现了1 ns脉宽的IR-UWB信号的正确接收和1 Mb/s码速率的OOK编码通信。     

基于AD8368的Chirp-UWB通信系统接收机设计

现代超宽带无线接收机的设计和实现要求在工作频率上有良好的线性度、宽动态范围、高灵敏度和强抗干扰能力。Chirp扩频（CSS）技术被IEEE 802.15.4A列为物理层标准之一,引起了广泛的关注。文中提出一种针对Chirp-OOK调制的锁相环（PLL）与自动增益控制（AGC）组合解调方案,在室内环境下实测Chirp超宽带通信系统发射信号频谱、解调波形,分析其传输特性。结果表明该解调方案具有电路复杂度低、体积小、成本低、接收灵敏度高及抗多径衰落能力强等优点,适用于高速率长距离通信。     

基于容错决策树的UWB辅助惯性定位方法

针对惯性导航系统误差随时间累积和超宽带(UWB)定位受到非视距问题、多径效应和人体影响出现粗大误差的问题,提出了一种基于容错决策树的UWB辅助人员室内惯性定位方法。该方法提出并采用陀螺仪高精度分段拟合误差补偿模型,抑制惯性导航误差漂移;同时在UWB辅助人员室内惯性定位的基础上,构建惯性导航与UWB单点定位数据共同作用的容错决策树判定模型,剔除UWB定位的粗大误差因子,进而对惯性导航和UWB的参数应用扩展卡尔曼滤波,实现UWB辅助增强惯性定位。根据实验验证表明,在复杂狭窄巷道环境,该方法将距离均方误差占路线长度的比例从6.02%提升到0.76%;在常规方正室内环境,该方法将最大误差占路线长度的比例从2.207%提升到0.635%。实现了长时间的连续可靠定位,具有较强的工程应用价值。     

基于UWB和惯性导航融合的室内定位方法

针对室内环境日益复杂,单一的定位系统已经不能满足人们对定位准确度需求的问题,设计了一种利用超宽带(UWB)和惯性导航融合进行的室内定位方法:首先针对UWB测距结果容易受环境影响的问题,根据实验环境对UWB测距进行了标定;然后利用改进马氏距离的异常值检测方法对测距过程中的异常值进行了剔除;最后采用了紧耦合的卡尔曼滤波器,以UWB测距值作为扩展卡尔曼滤波观测量,以惯性导航解算的位姿作为扩展卡尔曼滤波器的预测量,通过UWB测距来不断校正惯性导航的位姿数据。最终为了验证所提方法的可行性和有效性,进行了UWB单独定位和UWB与惯性导航融合定位的小车搭载矩形运动轨迹实验,通过对两种方法实验数据的对比分析,在加入了外界干扰时的矩形轨迹定位实验中,利用UWB和惯性导航融合的定位结果,平均精度比单独利用UWB进行定位时提高了36.3%;误差结果对比表明,利用UWB和惯性导航融合定位的误差波动更小,具有更高的鲁棒性。表明了该融合定位算法与单独利用UWB技术进行定位的算法相比,能够有效地抑制定位过程中的干扰问题,并且可显著地提高在室内环境下定位系统的鲁棒性和定位精度。     

Identification of the Absence of Direct Path in ToA-Based Indoor Localization Systems

Ultra-wideband (UWB) indoor positioning systems based on time of arrival (ToA) techniques are considered to be the high precision alternatives to those employing received signal strength (RSS) or angle of arrival (AoA) due to their superior time-domain resolution. However, the performance of such systems may easily be degraded by the blockage of the direct path (DP) and occurrence of undetected direct path (UDP) condition. By erroneous detection of the other multipath components (MPCs) as DP, which is the indicator of the true distance between the transmitter and the receiver, substantial localization errors will be introduced into the system. Hence, detection of DP categorizes the receiver locations into two main classes of detected direct path (DDP) and undetected direct path (UDP). The real challenge is to be able to identify the class of the receiver location; therefore, to remedy the ranging measurement in UDP condition. In this paper we propose a methodology to identify and mitigate the UDP conditions, which can substantially improve the overall indoor positioning accuracy.     

Time-domain Approach to the Performance Analysis of GPS Phase Locked Loop

The frequency-domain approach is widely used in Global positioning system (GPS) receiver track-ing loop performance analysis. In realization, the Digital phase-locked loop (DPLL) is used. There is difference be-tween phase errors by traditional frequency-domain analy-sis and real receiver output because of discretization errors. In order to get more precise result, this paper uses time-domain difference equations to analyze the phase tracking errors under the influence of thermal noise and the dy-namic stress on different orders of PLL. The simulation re-sults show that the traditional frequency-domain approach has phase error deviation under long integration time (i.e., more than 10ms), while the time-domain approach has good accordance with receiver simulation output. Thus, the proposed time-domain approach can provide more pre-cise solution for PLL performance analysis.     

Effects of CW Interference on the Carrier Tracking Loop of the Deep Space Network

The effects of CW interference on a phase-locked loop (PLL) have been examined in many papers. None of these included the effects of a bandpass limiter (BPL) preceding the phase-locked loop. This paper extends some of those analyses to include the effects of a BPL and applies the results to the carrier tracking loop of a Deep Space Network (DSN) receiver, which employs a second-order phase-locked loop preceded by a BPL. The DSN receiver is used for deep space communications and is often subject to potential interference. Experimental data and computer simulation results are presented.     

基于UWB定位系统硬件平台设计

为进一步研究基于UWB的无线定位技术,文中设计了一种基于UWB定位系统硬件平台。硬件平台基于模块式设计思路,选用STM32F405作为主控制器,通过SPI总线与DW1000射频芯片通信。UWB射频电路围绕DW1000设计布局,使用全向外置天线。硬件平台在通信方面设计使用GPRS无线通信模块并采用TOA定位方式,预留GPIO外设扩展接口。经制板测试,在视距空旷环境下最远通信距离为110m,在相同环境下100m测距均方根误差20.2cm,室内非视距环境中定位误差为20cm,满足室内高精度定位技术研究需求。     

Building information systems based on precise indoor positioning

During the last 10 years, many modern IT-based applications have developed inside buildings. Many of those applications would benefit by the ability to locate people and/or objects inside the building (indoor positioning). However, most of today's indoor positioning systems are not able to deliver precise position information (<10?cm) along with quality parameters. Ultra wide band (UWB) is a new radio-based technology that allows the determination of distances in indoor environments with a very high spatial resolution even through building materials. At the Institute of Geodesy of TU Darmstadt, a high-resolution UWB positioning system (UWB-ILPS; ILPS, indoor local positioning systems) based on trilateration principle has been developed to estimate the position of a mobile station precisely. To benefit from knowing the position and orientation, it is necessary to select and merge data linked to the user's location for indoor location services. By this means, the visitor to a public building may benefit from the system as his position is shown on a digital floor plan generated dynamically or by retrieving location-based information inside the building. Mixed reality systems also offer advantages for a mobile building information system. For this purpose, a webcam was replaced by the digital camera in the UWB-ILPS prototype. Knowing the camera's location in space and its view direction, one is able to merge the real world taken by the webcam with the virtual world represented by a 3D CAD model of the building.     

一种符号间干扰下的超宽带发射参考接收机

该文在超宽带传统发射参考接收机的基础上,对时分多址方唏下諘数据传输速率时参考接收脉冲与数据接收脉冲波形都受到脉冲间干扰污染的相关接收机进行了分析,在此模型的基础上利用超宽带室内信道慢衰落的特点,采用少量无重叠的导频脉冲对模型系数进行估计,并用Volterr系统下的LMS箕法进行跟踪.采用求根法对存在二阶符号间干扰的系统辛行非线性均衡.用IEEE802.15.3a的室内多径信道模型仿真结果蠨明,采用该非线性均衡算法下接收机比线性均衡能更有效地克服符号间干扰.     

一种新型的INS与UWB融合的室内行人跟踪方法

针对单一室内定位系统定位精度低、鲁棒性差的问题,提出了一种新型的基于动态鲁棒容积卡尔曼滤波的超宽带(Ultra-wideband,UWB)与惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)融合的定位方法.首先建立了一种易于实现的UWB-INS融合定位框架,然后提出了一种动态鲁棒容积卡尔曼滤波算法以处理多源数据的融合.提出的滤波算法可将M估计理论、强跟踪算法、动态增强策略与传统的容积卡尔曼滤波算法结合,以此缓解外界噪声和系统模型误差对状态估计的不利影响.在UWB-INS组合定位框架内采用动态鲁棒容积卡尔曼滤波,可实现对室内行人运动轨迹的精确稳定跟踪.实际数据测试和Matlab仿真验证了所提方法在复杂环境下其定位精度和鲁棒性均优于单一依赖UWB或INS技术的定位系统.