【正文】 得到： Ravg=0Tfravgτptτdτ (419)對相關(guān)結(jié)果進(jìn)行峰值檢測，相關(guān)峰值對應(yīng)的是能量最強(qiáng)徑，其對應(yīng)的時延和幅值分別為：τpeak和apeak。在無多徑LOS環(huán)境中，最強(qiáng)徑通常就是DP，因此τpeak=τTOA。由于對信號求了平均，降低了噪聲，可以一定程度上提高TOA估計精度。在多徑信道中，多徑成分中最早到達(dá)的分量為DP，用DP所對應(yīng)的傳輸時延進(jìn)行測距定位的誤差是最小的，所以DP的檢測是否準(zhǔn)確對測距的精度是至關(guān)重要的。但是信號在多徑環(huán)境中經(jīng)過折射或障礙物的阻擋，能量最強(qiáng)的路徑通常不是最先到達(dá)的那條DP路徑，則有τTOA∈0，τpeak。通常的做法是設(shè)置門限值θp∈0，1，在此區(qū)間進(jìn)行搜索，找出第一個滿足akapeak≥θp的幅值，這條徑對應(yīng)的傳輸時間作為TOA的估計值，τk=τTOA。下面通過仿真波形對以上情況進(jìn)一步說明。圖46給出了在信噪比20dB的情況下，接收端接收到的信號和相關(guān)器的輸出波形。圖47a是信號經(jīng)過無多徑LOS傳輸疊加了噪聲，在接收機(jī)收到的信號波形，圖47b是信號經(jīng)過無多徑LOS信道后相關(guān)器的輸出，可以看出這時輸出波形有明顯的峰值，峰值檢測得到的傳輸時間就是TOA估計值：. 3a多徑信道CM1和CM2的相關(guān)器輸出，這兩種情況下的最強(qiáng)徑不是DP，對相關(guān)器的輸出進(jìn)行峰值檢測將不能得到信號真正的TOA估計值。 圖47 UWB接收信號和相關(guān)器輸出可見，在多徑信道環(huán)境下，TOA估計的關(guān)鍵問題就是要檢測出首先到達(dá)的DP分量，得到DP所對應(yīng)的時延，才能得到信號到達(dá)時間估計τTOA。對相關(guān)采樣值進(jìn)行峰值檢測得到的不再是DP分量，下面采用邊緣檢測算法來判斷DP的位置。 基于TOA位置估計算法位置估計算法就是求解定位方程組獲得目標(biāo)所在位置坐標(biāo)的過程，下面以采用TOA參數(shù)的圓形/球形定位為例，研究位置估計算法。在獲得信號的傳輸時間TOA以后，可以根據(jù)球形定位模型建立方程組，因為目標(biāo)節(jié)點發(fā)送信號的時間是未知的，三維定位至少需要四個參考節(jié)點，建立4個方程： xxi2+yyi2+zzi2=ri??i=1,2,3,4. （421）其中，(x，y，z)和(xi，yi，zi)分別是未知目標(biāo)節(jié)點和參考節(jié)點i的三維坐標(biāo)值，C是光速，t0是未知目標(biāo)節(jié)點發(fā)送信號的時間，ti是信號傳輸?shù)降趇個參考節(jié)點的傳輸時間即TOA。上面的非線性方程組的求解方法有：迭代算法、非迭代算法或者基于最優(yōu)化的算法等。非迭代算法包括直接計算求解、球面插值算法和最小二乘(LSE，Least Square Error)算法；迭代算法有泰勒序列展開法；最優(yōu)化算法有高斯．牛頓法等，下面只討論直接計算法和LSE算法的求解過程。式(421)兩邊平方，然后將i=2,3,4時的公式分別減去i=1時的公式，得到： ct0=c2t1+ti+12ct1tiαi12xi1x2yi1y2zi1z，i=2,3,4 (422)其中，xi1=xix1，yi1=yiy1， zi1=ziz1，αi1=xi2+yi2+zi2x12+y12+z12，令?t0=titj，上式消去t0得： a1x+b1y+c1z=g1 ； a2x+b2y+c2z=g2 (423)其中，a1=?t12x31?t13x21， a2=?t12x41?t14x21 b1=?t12y31?t13y21， b2=?t12y41?t14y21 c1=?t12z31?t13z21， c2=?t12z41?t14z21 g1=12c2?t12?t13?t32+?t12α31?t13α21 g2=12c2?t12?t14?t42+?t12α41?t14α21將（423）的兩式合并，得到： x=Az+B y=Cz+D （424）其中，A=b1c2b2c1a1b2a2b1，B=b2g1b1g2a1b2a2b1，C=a2c1a1c2a1b2a2b1，D=a1g2a2g1a1b2a2b1由（424）兩式想減，代入（422）得到： ct1t0=Ez+F (425)其中，E=1c?t12(x12A+y12C+z12)，F(xiàn)=C?T122+12C?T122x21B+y21Dα21，再將（424）、（425）代入（421），得： Gz2+Hz+I=0 （426） 上式的解為： z=H2G177。H2G2IG (427)式中，G=A2+C2+1E2，H=2ABx1+CDy1z1EF I=Bx12+Dy12+z12F2將得到的z代入(424)式，就可以得到x和y的值。這個方程組有兩個解， 目標(biāo)節(jié)點期望的解只有一個，如果計算得到的解沒有物理意義或者超過了可測量的范圍，就視為無效解。如果得到的兩個解非常接近并且都合理，則取它們的中間值。如果出現(xiàn)沒有合理解的情況，需要再增加一個節(jié)點進(jìn)行計算，得到目標(biāo)的坐標(biāo)值。由公式(417)可知，節(jié)點i到兩個參考節(jié)點間的距離差可以表示為：xkxi2+ykyi2xk1xi2+yk1yi2 =DkiDk1i k=2,3,…,N Dki表示節(jié)點i到節(jié)點k的距離，采用LSE算法估計可以減小測量誤差對定位精度的影響，(428)可以寫為： AI=b (429)其中：b=Dk1i2Dki2xk12+xk2yk12+yk2，A=2xk1xkyk1yk，I=xiyi，通過LSE最小化方法，即可以得到目標(biāo)的坐標(biāo)值，實現(xiàn)定位功能。本文采用的定位算法是LSE算法。 LSE仿真實驗及其結(jié)果分析。這項任務(wù)通過執(zhí)行下面的命令來完成：N=10。area_side=50。G=1。[positions,ranges]=create_network)N,area_side,G)。設(shè)定位次數(shù)number=100。節(jié)點位置如圖48所示圖48 （1）當(dāng)方差δ2=0時即sigma_2=0時，此時是不存在定位誤差的。這時，估計位置和實際位置是一致的。： 圖49 sigma_2=0的仿真結(jié)果圖藍(lán)色五角星：目的結(jié)點的實際位置綠色圓形：LSE所估計的目的結(jié)點位置黑色菱形：直接計算法所估計的目的結(jié)點位置紅色方塊：參考結(jié)點空心圓形：不相關(guān)結(jié)點（2）當(dāng)方差δ2=5時即sigma_2=5時。： 圖410 sigma_2=5的仿真結(jié)果圖藍(lán)色五角星：目的結(jié)點的實際位置綠色圓形：LSE所估計的目的結(jié)點位置黑色菱形：直接計算法所估計的目的結(jié)點位置紅色方塊：參考結(jié)點空心圓形：不相關(guān)結(jié)點（3）當(dāng)方差δ2=10時即sigma_2=10時。：圖411 sigma_2=10的仿真結(jié)果圖藍(lán)色五角星：目的結(jié)點的實際位置綠色圓形：LSE所估計的目的結(jié)點位置黑色菱形：直接計算法所估計的目的結(jié)點位置紅色方塊：參考結(jié)點空心圓形：不相關(guān)結(jié)點結(jié)論：從以上三幅圖不難看出，隨著測距誤差δ2增加時，定位誤差也會增加，且我們還可以看出LSE計算法與直接計算法相比較更為精確，更值得廣泛應(yīng)用。然而，由于定位誤差的增加，這樣一來就大大的降低了定位的精度，且實際中測距誤差也不可能為零，為了減小定位誤差我們可以通過在距離估計的數(shù)量中引入冗余來實現(xiàn)這一目的，此時，我們可以通過增加參考結(jié)點k來引入冗余。令δ2=5，當(dāng)k等于不同值時對定位誤差的影響。（1）當(dāng)k=4時，：圖412 k=4的仿真結(jié)果圖藍(lán)色五角星：目的結(jié)點的實際位置綠色圓形：LSE所估計的目的結(jié)點位置黑色菱形：直接計算法所估計的目的結(jié)點位置紅色方塊：參考結(jié)點空心圓形：不相關(guān)結(jié)點（2）當(dāng)k=6時，：圖413 k=6的仿真結(jié)果圖藍(lán)色五角星：目的結(jié)點的實際位置綠色圓形：LSE所估計的目的結(jié)點位置黑色菱形：直接計算法所估計的目的結(jié)點位置紅色方塊：參考結(jié)點空心圓形：不相關(guān)結(jié)點（3）當(dāng)k=8時，：圖414 k=8的仿真結(jié)果圖藍(lán)色五角星：目的結(jié)點的實際位置綠色圓形：LSE所估計的目的結(jié)點位置黑色菱形：直接計算法所估計的目的結(jié)點位置紅色方塊：參考結(jié)點空心圓形：不相關(guān)結(jié)點以上三幅圖清楚的表明了參考結(jié)點的增加很大程度上提高了定位估計精度，即使在測距誤差較大時也是如此。 本章小結(jié)這一章中首先介紹了有關(guān)無線定位的相關(guān)技術(shù)，著重分析了UWB無線定位所使用的測量參數(shù)和定位幾何模型，并得出UWB無線定位技術(shù)適合采用基于TOA方法定位的結(jié)論；同時本章重點對UWB無線定位中TOA估計算法進(jìn)行了研究，并通過LSE定位算法的MATLAB仿真實驗，得出了基于TOA估計算法在UWB無線定位中精度的準(zhǔn)確性，最后提出了定位方程組的求解算法和提高定位精度的方法?？? 結(jié)超寬帶(UWB)技術(shù)方興未艾，由于具有發(fā)射信號功率譜密度低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、功耗小和定位精度高等很多技術(shù)優(yōu)勢，受到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。自從2002年FCC宣布UWB通信技術(shù)準(zhǔn)許民用以后，各科研機(jī)構(gòu)和大公司對UWB技術(shù)的應(yīng)用和研究在不斷升溫，作為未來短距離無線通信的主流技術(shù)，本文對UWB無線通信和定位技術(shù)進(jìn)行了研究，并重點探討了UWB無線通信系統(tǒng)的定位原理、技術(shù)及其算法的實現(xiàn)。首先，本文通過對UWB信號的產(chǎn)生及其波形的研究，采用高斯二階導(dǎo)數(shù)脈沖，對UWB信號的調(diào)制與接收進(jìn)行了分析研究，并提出了PPMTHUWB和PAMDSUWB以及MBOFDMUWB三中典型的調(diào)制方式，介紹了最佳接收機(jī)和Rake接收機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接收原理。然后利用以上的研究及結(jié)論，重點分析了UWB無線通信中的定位技術(shù)。“定位”在無線通信網(wǎng)中扮演著十分重要的角色，而UWB技術(shù)恰恰能提供低功耗的高精度無線定位。故而在定位過程中，如果可以得到脈沖的準(zhǔn)確到達(dá)時間，那么就可以精確地測量出發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的距離。在IRUWB系統(tǒng)中，因所使用的脈沖的持續(xù)時間很短，所以能夠使UWB系統(tǒng)具有很高的測距精度，就目前的研究表明，UWB定位精度在實驗室環(huán)境可以達(dá)到十幾厘米，因而在眾多無線定位技術(shù)中UWB無線定位技術(shù)有著和明顯的優(yōu)勢。在對UWB無線定位技術(shù)的研究中，本文首先介紹了有關(guān)無線定位的相關(guān)技術(shù)，著重分析了UWB無線定位所使用的測量參數(shù)和定位幾何模型，并得出UWB無線定位技術(shù)適合采用基于TOA方法定位的結(jié)論；同時本章重點對UWB無線定位中TOA估計算法進(jìn)行了研究，并通過LSE定位算法的MATLAB仿真實驗，得出了基于TOA估計算法在UWB無線定位中精度的準(zhǔn)確性，最后提出了定位方程組的求解算法和提高定位精度的方法。致 謝在這個青春洋溢的校園，在這個郁郁蔥蔥的夏季，我最終還是迎來了屬于我的“畢業(yè)時刻”?；厥走^往三年，留給我的大學(xué)生活最多的還是遺憾，遺憾我沒能把握住這匆匆而過的三年，遺憾我沒能讓自己的大學(xué)三年生活的更加充實，學(xué)到更多東西！然而生活始終是勇往直前的，不會因為某個人，某件事而停下腳步，所以把握現(xiàn)在，才是我目前最應(yīng)該做的！所以，在論文完成之際，很感謝李老師的對我的尊尊教誨和在工作上的幫助。雖然我的專業(yè)課學(xué)得不好，老師在為我指導(dǎo)論文時也會比他人麻煩些，但老師也并沒有因為這樣敷衍我，放棄我，所以，真的的很謝謝您！當(dāng)然，我的論文寫的并不好，平心而論，我自己確實沒能學(xué)到很多東西，所以在論文中也沒能充分的體現(xiàn)出我的學(xué)習(xí)成果，所以希望老師能多多包涵！最后，希望老師在審閱論文時能多予以指教，讓我收獲一份完善的成果！ 參考文獻(xiàn)[1] ，．Gunderson．UltraWideband Precision Asset Location System[C]． IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies．Baltimore，USA，147150． [2] 葛利嘉，朱林等譯，《UWB無線電基礎(chǔ)M》，北京電子工業(yè)出版社，2003．[3] 李白萍，吳冬梅，《通信原理與技術(shù)》，人民郵電出版社,[4] 鄒衛(wèi)霞，周正，張春青，《 UWB 的調(diào)制與多址技術(shù) 》，濟(jì)南大學(xué)學(xué)報， [5] 王德強(qiáng)，李長青，《超寬帶無線通信技術(shù)》，中興通信技術(shù)，2005年第六期.[6] 王金龍，《無線超寬帶（UWB）通信原理與應(yīng)用》，人民郵電出版社,2005.[7] 葛利嘉等編著，《超寬帶無線通信》，國防工業(yè)出版社，[8] 謝顯中,李祥明,唐宏等,《基于TDD的第四代移動通信技術(shù)M》，北京電子工業(yè)出版社，．[9] 張中兆，沙學(xué)軍等譯，《超寬帶無線電技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，[10] 任品毅，廖學(xué)文，梁中華譯，《超寬帶通信原理及應(yīng)用》，西安交通大學(xué)出版社 , 2007[11] 吳紹華，張乃通,《基于UWB的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的兩步TOA估計法J》，軟件學(xué)報，2007，18(5)：1164l172． [12]王秀貞，《超寬帶無線通信及其定位技術(shù)研究》,博士論文，