一种基于能量跳跃的脉冲超宽带TOA估计

基于到达时间估计(TOA)的脉冲超宽带(IR-UWB)测距理论上可达到厘米级的精度.当无法估计接收信噪比时,基于门限的TOA估计精度受到门限设置的限制.本文提出了一种基于能量跳跃函数(FEE)的最大能量跳跃(MEL)TOA估计算法.该算法将最大径之前一段时间内FEL取值最大的时刻作为TOA的估计,估计过程中不需要设置门限.本文通过仿真分别在CMl和CM2信道模型中比较了MEL和几种常用算法的绝对平均误差(MAE).仿真结果表明,在多径信道环境尤其是非视距(NLOS)环境中,MEL算法的估计精度比门限比较(TC)算法和最大值回推(MES-SB)算法有较大的提高,而且接收信噪比越高MEL算法的优势越明显,在信噪比高于12dB时估计精度提高约3至4纳秒.     

基于Hermite函数的超宽带脉冲波形设计与性能分析

根据联邦通信委员会关于超宽带辐射功率谱的限制以及适用于多址方式的窄脉冲要求,设计了一组基于Hermite函数的超宽带脉冲波形。所设计的脉冲波形具有正交性和不随阶数变化的恒定脉宽两个重要特性,从而提供了良好的防时间抖动性能并有效降低符号间干扰;为了评估相关接收机的性能,对设计脉冲信号的自相关和互相关函数的闭合表达式进行了推导;分析了跳时脉位调制超宽带系统中脉冲波形在加性高斯白噪声、多址干扰、多径衰落信道等多种环境下的误码率性能,探讨了时间抖动对系统性能的影响,并将仿真结果与高斯单周期脉冲进行比较。分析结果表明该脉冲设计方案提供了一种灵活而系统的超宽带脉冲设计方法,所设计脉冲既满足辐射功率谱限制又提供良好的系统误码性能。     

多径多用户环境下超宽带脉冲无线通信系统性能

超宽带脉冲无线电是正在发展中的新型高速无线接入技术。该文首先分析了超宽带发射信号实现多址通信的原理。为了研究在多径环境下的系统性能,引入了确定型两径和统计型S-V两种典型室内信道模型。通过仿真试验得到在此信道条件下系统的误比特率。结果表明,在多径多用户环境下,符号间干扰和多址干扰使系统性能下降;当接入用户数达到一定值后,多址干扰成为降低系统性能的主要因素,采用接收天线分集能提高系统性能。     

基于SOA的超宽带脉冲测距系统

提出了一种采用超宽带（UWB）高斯脉冲的测距系统,利用搜索者优化算法（SOA）搜索本地信号和接收信号之间相关的峰值,计算检测距离。分析了给定信噪比下接收机的相关结果、采用SOA的搜索过程以及搜索结果的概率分布。同时,在各信噪比下,与现有的步进相关法及门限判别法进行比较,仿真结果表明,信噪比在15 dB以上的系统测距测量误差达到3 cm,其性能优于门限判别法,而与步进相关检测法相当,但运算量较之减少84%左右。因此,该系统在高精度测距中极具实用价值。     

Hermite脉冲超宽带系统在多径信道的性能分析

研究了一种基于Hermite脉冲的超宽带系统在多径信道下的性能。考虑到定时抖动对Rake相关接收的影响,通过Hermite脉冲的相关函数可以计算Rake捕获的信号能量,进而得到接收机的输出信干比。在假设符号间干扰为高斯噪声下,得出系统在多径信道下的理论误比特性能。结果表明,符号间干扰能量对Rake接收机合并路径数目的变化并不敏感;增加合并路径数目可以提高系统的误比特性能;大的定时抖动范围会造成系统性能下降。     

超宽带脉冲信号设计

超宽带无线通信技术是利用极窄脉冲传输的系统,其中脉冲波形是其研究中的重要内容。主要讨论了正弦调制高斯脉冲和Meyer小波脉冲,通过MATLAB仿真分析研究,发现它们与高斯脉冲相比,具有一些优点,可以满足某些特定的要求,能够改善超宽带无线通信系统的性能。     

一种超宽带脉冲发生器的设计与仿真

利用双极型晶体管的雪崩特性设计了双管并联的超宽带（Ultra-Wideband，UWB）脉冲发生器，通过添加电感使电路的等效负载增加，在维持脉冲宽度基本不变的情况下使输出脉冲的幅度增加到原来的2．5倍。对电路中各元件参数的选取进行详细的分析说明，给出了参数值与脉冲各项性能的关系。仿真得到的UWB脉冲信号幅度为-38．299V，脉冲宽度约为663．265ps，上升时间459．184ps，下降时间约为969．388ps。     

超宽带无线实时定位和追踪技术研究

针对无线实时定位和追踪的瓶颈问题,提出了一种超宽带无线实时定位和追踪方案。采用不同的TOA时延估计方法来满足不同的设计和环境要求,并且根据不同的接收机个数,采用不同的定位算法。经仿真验证,该方案可以进行实时定位,并且可以达到较高的定位精度和具有较强的适应性。     

脉冲压缩在超宽带雷达中的应用

超宽带（UWB）雷达是一种新体制的雷达系统,其极大的带宽和分辨率使它具有广泛的应用前景。典型的超宽带雷达系统发射的是冲激脉冲信号,具有很大的带宽,但限制了系统的作用距离。为了解决这一矛盾,本文将脉冲压缩应用于超宽带雷达系统中,并进行了仿真研究,结果证明了脉冲压缩使系统性能得到较大提高。     

超宽带极窄脉冲发生器的设计分析

讨论了双极性晶体管雪崩的工作原理,分析了采用级联双极性晶体管结构的超宽带极窄脉冲发生器的电路.通过实验获得的输出脉冲宽度为皮秒级的极窄脉冲,该脉冲的宽度,上升时间和幅度均较好地符合了极窄脉冲的要求.     

IR-UWB通信系统多径环境下的性能分析

对IR-UWB多径环境下的性能进行了分析，首先介绍了IR-UWB信道的传播特征，并对IEEE UWB信道模型CM1做了介绍和仿真，在此基础上对多径引起波形碰撞的特性进行了分析。仿真结果表明多径衰落导致IR-UWB通信系统的性能下降。最后对多径干扰下调制参数对系统性能的影响进行了分析，仿真结果表明选择合适的调制参数对系统的性能起到关键的作用。     

基于IR-UWB码相关测距研究

研究了伪随机码测距技术在IR—UWB体制中的应用,阐述了码相关测距工作原理,对测距过程进行了仿真,并给出了系统实现框图。通过误差分析,指出伪码自相关旁瓣以及相关运算步长对码相关测距精度影响较大。     

一种用于IR-UWB的数控环形振荡器设计

设计了一个应用于超宽带脉冲无线电（IR-UWB）通信系统的数控环形振荡器（DCRO）.DCRO采用3调谐,包括电压粗调谐和开关变容管精调谐,逐级提高调谐精度.提出了一种新型延时单元,采用多环路结构,提高了环形振荡器的振荡频率,降低了功耗.设计采用CSMC 0.18μm互补金属氧化物半导体工艺,电源电压1.8V,使用SpectreRF仿真验证,数控环形振荡器的调谐范围为3～8.6GHz,调谐精度为2MHz,当工作频率在8.6GHz时,偏离主频10MHz处相位噪声为-112.4dBc/Hz,功耗为20mW.     

Application of power transformation and moments in time based UWB ranging

For ultra-wideband (UWB) ranging, TOA estimation with the energy detection (ED) receiver is to detect the energy sample that contains the first path (FP) signal in dense multipath. Threshold crossing (TC) is used frequently. However, it is difficult to determine the threshold. Some threshold setting methods are based on constant false alarm rate (CFAR) and the chi-squared distribution. However, the distribution is complicated. Moreover, it depends on the degree of freedom (DOF). If the DOF used is wrong, it will degrade the detection performance. The study bypasses the distribution. We first examine the distribution of the output of the ED receiver after power transformation. Based on the new characteristics of the transformed data and approximate distributions, we propose some practical TOA estimation methods. Similarly, the moments of the output of the ED receiver, such as the second or one-third order moments, are also analysed and used. The proposed methods are easy to implement and can achieve about the same ranging performance with methods based on the chi-squared distribution. We provide both theoretical and simulation results to prove their effectiveness.     

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。     

IR-UWB定位系统距离误差建模及性能研究

基于相干TOA测距算法,研究了IR-UWB无线室内定位系统中由脉冲信号传播特性导致的多径误差和NLOS误差的建模问题。首先利用IEEE 802.15.4a信道模型中的多径信息给出了与系统带宽有关的多径距离误差分布参数。结合IR-UWB信号穿墙传播几何结构,理论推导了穿墙额外传播时延导致的几何距离误差限。对完全NLOS环境下定位的仿真结果表明,利用NLOS距离误差信息直接对TOA测距结果的修正可以显著提高定位精度。     

基于TOA和DOA联合估计的UWB定位方法

对于UWB定位系统而言,利用时间参数估计信号源的位置需要多个参考节点,这样增加了系统的开销。如果参考节点既能估计目标源的时间参数又能估计角度参数,理论上一个参考节点就可以确定目标源的位置。该文提出一种UWB系统TOA(到达时间)和DOA(到达角度)参数联合估计的定位方法,该方法使用矩阵束算法估计出时间参数和角度参数,进而得到目标的相对坐标。该方法通过单个接收机就可以确定目标的位置,减少了定位系统负担。仿真实验证实了该方法估计时延和角度精度较高,而且定位精度能够达到厘米级,是一种简单可行的UWB系统定位方法。     

基于IR-UWB定位系统接收机的改进与实现

基于超宽带非相关检测的定位接收机,在引入AGC的基础上,对以往的脉冲超宽带室内定位接收机做进一步改进,重新对锁相环进行设计与实现。采用电荷泵式模数混合锁相环接收机对UWB脉冲信号到达时间(TOA)进行准确估计,实现室内环境精确测距,以达到准确定位的目的。通过硬件实现和实验论证了该方案的可靠性,对定位精度的提高具有良好的效果。     

对传统程序控制脉冲电镀电源的设计改进

国产脉冲电镀电源采用手动调节参数,因此在设定好上述参数之后,只能实现单一参数的脉冲波形进行电镀;某些国外电镀电源虽然也实现了程控,但也存在一定的缺陷,如脉宽调节范围较窄,脉冲频率不可调等.我们针对上述缺陷,对传统脉冲电源进行了改造、优化设计.新设计的程序控制脉冲电镀电源以脉冲技术和斩波技术为主要手段,以大功率半导体器件为主开关器件,通过PIC单片机输出各种频率脉冲信号进行控制,来实现各种工艺要求的电镀.