基于扩频信号的高精度定位技术的研究_新葡萄京官网

日期:2021-04-19 00:47:02 | 人气: 89360

本文摘要:概要无线电定位技术,是指利用现有的无线通信网络资源,通过处置和计算出来移动终端接管到的各基站信号,获得一些相同测量值(时延劣、载波信息等),然后根据网络或者移动终端中的定位算法,确认移动终端的方位。

概要无线电定位技术,是指利用现有的无线通信网络资源,通过处置和计算出来移动终端接管到的各基站信号,获得一些相同测量值(时延劣、载波信息等),然后根据网络或者移动终端中的定位算法,确认移动终端的方位。其中时间延迟估算是无线电定位技术的一个关键部分。

扩频通信技术具备功率序密度较低、抗干扰能力强劲、可以构建码分多址等众多优点,在测距领域扮演着最重要角色,它的应用于也更加普遍。本文将扩频技术应用于无线电定位中,其中PN字节的实时问题是重点和难题的技术之一。本文对无线电定位技术和扩频通信的涉及理论展开了系统的阐释,在时延估算方面展开重点研究。为了提升时延估算精度,本文在两个方面展开探究,一种是基于大于二乘的非等量取样的方法,另一种是运用载波振幅信息的方法。

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在取样速率与伪码速率成整数倍关系时,时延测量精度由比特率要求,这时不存在取样模糊不清的问题。在这种情况下,本文探究了一种基于大于二乘的非等量取样的伪码振幅测量算法。在不提升取样速率的情况下,相当大程度上提升了时延测量精度,而且能有效地的避免噪声的影响。除此之外,本文还研究了一种运用接管信号载波振幅信息来更进一步确认信号延后的方法。

运用接管的来自有所不同基站的载波振幅之间的关系,获得两两基站之间的时延劣相对于载波周期的非整数部分。因为载波周期较小,获得的时延劣也不会更加准确,但是不会经常出现载波周期模糊不清的问题。

关键词:无线电定位;扩频通信;时延估算;非等量取样;大于二乘;载波振幅第1章绪论1.1选题背景和意义定位,一般来说是指依据某种手段和方法确认目标在一个参照坐标系中的方位。在众多定位手段(成像、红外、激光、无线电等)中,无线电定位的应用于尤为普遍。无线电定位是通过测量目标升空或光线的电波参数(传播时延、信号强度、多普勒频移),融合电波传播特性切换沦为定位所必须的测量参数(距离、距离劣、方位),再行利用多个(不少于3个)方位信息未知的参考点创建解算方程组,从而取得目标的空间方位信息。无线电定位技术最初的产生是为了符合远程航海导航系统等的拒绝,而后随着无线网络通信技术的飞速发展,与定位有关的市场需求更加大。

近年来,随着无线电通信技术频段覆盖面积密度的减少与租车的发展,定位技术获得更加深层次的应用于,随之而来无线定位技术也慢慢沦为了研究的热方向。由于无线定位利用的是无线电波,不受气候条件影响较小,因此,它既是确保人类交通安全和专门从事军事活动的适当手段,也是在简单条件下一种很有效地的导航系统方法。无线电定位在现代社会中,特别是在信息化战争中充分发挥着更加大的起到,其运用覆盖面积军用和民用的各个领域。

在军用和民用中都获得了普遍的应用于,基于有所不同的定位原理研究出有了如地面雷达、红外观测、光学观测、空中无人机、预警机、侦察机等在内的信息搜集和目标探测系统。在上述定位系统中,有源定位由于必须自己升空电磁波而具有更为更容易曝露自己的缺点。所以,被动定位渐渐沦为人们研究的重点,世界各地都竞相发展起针对有所不同原理的定位技术和设备。

无线电定位可分成卫星无线电定位和地面无线电定位。以GPS为代表的卫星无线电定位技术是将扩频技术应用于其中,具备极高的抗干扰性和高精度、低成本等优点。

但GPS系统对移动台和网络的时间实时有较高拒绝,而且其精度随各个卫星的有所不同,而时时再次发生着变化。GPS卫星升空的信号在远距离传输过程中受到阻碍相当大,在大城市或山区,由于高层建筑物及树木等对信号的影响,也不会造成信号的非直线传播,无法符合小范围内的高精度定位测量。

为了符合一些明确的市场需求,从增加成本和提升定位精度的方面考虑到,将无线电定位技术用作地面小范围定位系统中。本系统在升空信号类型和定位方式等方面与GPS技术类似于,但又不同于卫星定位。地面无线电定位通过加装在地面的各个基站,发送到比卫星定位系统强度低的无线电信号,以覆盖面积用户所在的区域。

由于定位范围较小,系统比较更容易掌控和操作者,升空信号强度大,信号所不受环境噪声变化较小,故定位结果更为准确,在区域内的定位应用于中,具备很高的实用性。在定位技术中的时间延迟是密切相关信号的一个基本参量,对时间延迟及其有关参量估算的研究,仍然是国际信号处理领域的一个十分活跃的研究课题,具备最重要的理论意义和应用于价值。一方面,对于时间延迟估算的研究有力地增进了数字信号处理、信号检测与估算、时间序列分析和自适应信号处理等理论的发展。

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而无线电定位计算出来中,各个基站信号抵达用户的时延劣是一个最重要的参数,是其中的关键部分,其精度和效率直接影响着整个定位系统的性能,所以对其展开更进一步研究具备最重要的理论意义和应用于价值。1.2无线电扩频定位系统阐述对于无线电信号的定位方式,按否向被动目标主动升空电磁波,分为两类:主动定位和被动定位。第一类是基于网络的定位方案。由未知方位的基站(或称作观测站)包含的定位网络,通过测量移动终端收到的电磁波抵达观测站的有关参数来对移动车站展开定位。

一般来说定位网络必须一个中心节点来收集各个观测站获得的数据,然后展开适当的运算估算移动站点的方位。由于定位过程闲置定位网络资源,被定位者的数量受到限制。另一类是基于移动台的定位方案。

由移动终端(或称作移动车站MS)接管周围己闻方位的信标台或基站的定位信号广播,经过适当的信号处理计算出来后排定自己的方位,是本文侧重研究的定位方式。较典型的例子是GPS系统。无线电被动定位系统有很多特点,主要如下:第一个特点是在这种方式下,定位算法在移动终端内已完成,不闲置基站的运算资源,因此用户数量没容许。

第二个特点是无源,即接管信号终端不主动升空电磁波,所以此系统容易被感官,一般不不存在被阻碍问题,安全性好。第三个特点是系统的定位性能与定位基站的布局有关。在某一个地面范围内,某种程度的三个基站,有所不同的几何布局不会对系统性能产生影响。所以用于无线电定位系统时,应当合理调整基站布局,使得定位性能尽量低。

一般而言,定位系统主要还包括了四个部分:升空部分、传输部分、接管部分和信号处理部分。首先由地面基站升空无线电定位信号,其次,升空的信号将经过由各种媒质构成的传输部分抵达被测物体,然后,由接收机对信号实行给定接管,最后,转入数据处理部分,对信号展开滤波、缩放和数据处理等测量工作,得出结论测量物体相对于座标未知点的方向、距离、距离劣等参量,再行转化成沦为定位信息,最后构建对信标的定位。

接收机接管到一组测量值后,主要问题是自由选择一种计算出来量大于,速度最慢的算法对目标展开定位,并确保具备大于的定位误差。目前,人们早已在定位算法、定位精度分析、最佳布站分析、追踪滤波和欺诈定位避免等方面做到了大量的工作,并获得了一定的成果。

扩频通信技术凭借它独有的优越性,己沦为定位系统中最基本的抗干扰技术。扩频通信是用扩频序列将待传输的信息数据的频谱拓展后再行传输的一种通信系统,具备很强的抗干扰能力,同时由于其扩频序列的特性,扩频技术还能已完成准确测距的任务。扩频通信系统因为其通信原理的特殊性,具备抗干扰性强劲、求救亲率较低、外用多径阻碍性能好、安全性保密性好、可展开码分多址通信等优点,因此在定位测控系统中具备普遍的用于前景。

无线电技术的发展,使得传输环境中的各种阻碍更加大,信道环境日益险恶,能用测控频率资源的分配将显得更为艰难。而实时技术是一个扩频通信系统的关键技术,因此对扩频接管实时技术的研究具备最重要意义。1.3国内外研究现状定位技术最初是为了符合航空、航海领域中移动物体导航系统的必须而发展一起的。

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最先的定位设备可以追溯到第二次世界大战前用于的无线电罗盘、定向器、无线电信标等。这些设备主要用作引领移动体航行、归航和按预计航线航行,而不是必要用作导航系统和自律定位,因此,并不是确实意义上的电子定位。从第二次世界大战开始到20世纪60年代,由于战争的必须和电子技术的发展,才先后经常出现了确实意义上的电子定位系统,如极坐标定位系统(VOR/DME)、双曲线定位系统(DECCA)、战术空中导航系统(TACAN)、罗兰系统(LORAN)、欧米伽系统(OMEGA)等。

随着移动通信技术的发展,为较慢精确地解决问题社会治安、应急救援等突发事件,定位技术受到了人们的广大市场需求。1996年美国联邦通信委员会(FCC)施行了E-911法规,拒绝2001年10月1日起移动通信网络必需能对收到应急调用的移动台获取精度在125m内的定位服务,而且符合此定位精度的概率不应不高于67%。

1999年FCC对定位精度明确提出新的拒绝:基于网络定位拒绝获取精度为l00m内定位概率不应不高于67%,精度为300m内的定位概率不应不高于95%;基于移动台的定位为精度50m内的定位概率不应不高于67%,精度150m以内定位概率不应不高于95%。欧洲和日本也不作了适当的拒绝,获取E-911定位服务将是今后蜂窝网络不可或缺的基本功能。由于政府的强制性拒绝和市场本身的驱动,各国公司就GSM、CDMA等网络制订了各自的实施方案,获得了一定的成果,许多厂商早已研发出有了许多定位设备,获取精度更加低的定位业务。

近年来,为了符合一些明确的定位市场需求,地面无线电定位技术更加受到重视。2013年初,国外研究人员日前发售一种新的地面定位系统,其定位和导航系统功能要比现在的GPS卫星定位系统更为准确。新式地面无线电定位技术导航系统能力挑战GPS系统,将沦为未来定位导航行业中最重要的技术之一。

有分析人士认为,GPS卫星定位系统在部分区域仍旧不存在定位盲区,室内定位技术早已沦为定位导航行业未来发展的重点。时延估算是定位技术中一个不可忽视的领域,时延估算的精度相当大程度上要求着定位的精度,在定位系统中有最重要的起到。20世纪50年代以来,随着信息论、信号检测理论和计算技术的发展以及各种应用领域对时延估算的市场需求,时延估算理论获得了很快发展。1976年,Knpap和Carter公开发表了一篇取名为“广义涉及法时延估算”,的知名论文,把时延估算的研究推上新的高潮并使时延估算取得了普遍的应用于。

这篇论文从理论的高度,将当时不存在的多种基于涉及分析的权重时延估算方法统一在广义涉及时延估算的理论框架下,并且得出了时延估算的性能下界—克拉美罗下界。这篇知名论文沦为划时代的历史文献。转入20世纪80年代,时间延迟估算的研究有了蓬勃的发展。1981年ASSP学会专门出有了一期关于时间延迟估算问题的专刊,汇聚了当时多篇最重要研究论文,内容牵涉到到被动及主动时间延迟估算问题、广义涉及时延估算方法、理论研究和性能分析、时变时延问题和自适应时延估算等问题。

整个80年代,除了广义涉及法在理论、方法、性能上超过了了解的研究和普遍发展外,其它多种方法如广义双谱法、参量模型法和自适应法等都从无到有,获得了很快发展。此外,还明确提出了其它类型的方法,典型的有Fede等人明确提出的基于估值仅次于(EM)准则的拟合多源定位方法和Aezknot等人明确提出的基于大于二乘估值的时延估算方法等等。

自从20世纪90年代以来,人们除了对现有方法展开拓展和深入研究外,又发展了基于人工神经网络的时延估算方法,基于序涉及理论的时延估算方法和各种自适应的时延估算方法等。5.3本章小结本章讲解了一种利用载波振幅信息确认时延的方法。可以利用伪码振幅测距或者其他方法获得载波振幅传播延时的整周期数,然后利用此算法获得非整周期数。因为载波波长比伪码码长大得多,故利用载波振幅信息获得的时延估算精度更高。

但是载波振幅测量不能测量出有振幅中严重不足一个整周的小数部分,在对倒数的整周部分的计算出来过程中,各种阻碍可能会造成周跳跃现象的经常出现,故周跳的观测也是载波振幅测距中的一个最重要课题,对周跳跃的观测修缮对载波振幅测距的精度有最重要意义。


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