UWB信号传播特性分析

通过对UWB信号室内外传播路径损耗现有模型及其在色散媒质中传播的分析研究,总结了UWB(Ultra-wide Bandwidth)超宽带脉冲信号的传播特性.     

超宽带技术浅谈

首先介绍了超宽带(UWB)技术的发展历史;然后分析了它的特点和相对于窄带通信的优势,包括数据传输率、信道容量、多径传播和安全性等;最后简要概括了UWB的广泛应用范围以及存在的局限.     

超宽带通信系统多址设计

提出了超宽带(UWB)通信系统中跳时码的问题,首先回顾了超宽带技术的发展和基本的技术;提出了三种跳时码的结构及其在UWB系统中的应用;从相关性方面给出了性能分析,并从多址的角度分析了不同码字之间的优缺点.     

超宽带系统中的天线技术

简要地介绍了超宽带技术对天线的要求,阐述了超宽带天线实现的几种方法,并结合各种方法给出了部分天线实例,最后介绍了UWB天线在国内外的研究现状和发展趋势.     

IR UWB信号的捕获算法研究

分析了IR UWB信号的形式及特点,给出了在加性高斯白噪声信道下IR UWB信号的几种捕获方法,并通过比较得到了结论.     

密林环境空地协同GNSS/UWB快速高精度定位技术

针对密林中卫星信号遮挡难以实现快速高精度定位的问题,提出了一种密林环境空地协同全球卫星导航系统/超宽带(GNSS/UWB)高精度定位方法。该方法综合考虑无人机平台在空旷环境快速运动与超宽带的强穿透性测量等特征,通过无人机携带GNSS/UWB集成化载荷,以移动单基站模拟多基站,配合密林中UWB标签组网测距,完成密林中UWB标签定位。对基站布设方案展开研究,为密林环境下空地协同GNSS/UWB快速高精度定位技术应用提供基站布设指导和依据,并且利用密林环境下实测测距实验+仿真定位实验对提出的方法进行验证。结果表明,所述方法可有效实现密林环境下的快速高精度定位,精度达到分米级,并且通过优选基站布设网型、范围及高度可有效提高定位精度,为密林环境下快速高精度定位方法提供了理论支撑。     

UWB与GNSS结合的室内外一体化定位系统设计

针对电力北斗安全应用、自动驾驶导航等应用场景对室内外一体化无缝定位的迫切需求,设计了一种将UWB与GNSS结合的一体化无缝定位系统.通过将UWB标签与小型化GNSS模块集成到手持智能设备上形成一体化定位终端,服务器软件对卫导结果与超宽带定位结果进行融合,输出连续定位结果.实验结果表明,该系统可以实现人员的室内外一体化无缝定位,室内环境下的静态定位精度小于10cm,该系统已应用于大型发电厂和变电站的人员安全防护管理项目.     

顾及空间分布和NLOS的UWB室内可信定位方法

针对现行室内可信定位存在的三维定位精度低与结果可信度难以定量评估的难点，提出了一种可信超宽带（UWB）室内定位模型。该方法采用无迹卡尔曼滤波和IGG-III抗差理论模型，解决了UWB定位中的非线性化和非视距误差问题；同时，为提高该方法定位结果的可信度，进一步构建了一种兼顾UWB基站空间分布和非视距误差的可信精度评估模型。与现有模型相比，提出的方案可有效实现基于UWB的室内高精度可信定位。仿真和实测数据结果表明：1）与传统最小二乘结果相比，该方法可提高30%~40%的UWB定位精度；2）引入IGG-III抗差模型可提高11%的定位精度；3）非线性化误差对UWB定位精度的影响不尽相同，约为22%~50%；4）提出的可信度评估模型可实时准确评估UWB定位精度。     

基于PSWF 的TH-PPM超宽带系统优化设计与仿真

在分析PSWF脉冲的最佳时域能量聚集性和频谱灵活可控性的基础上,提出了满足FCC(FederalCommunications Commission)频谱掩膜要求的UWB脉冲波形优化设计方法,并将该方法应用于多进制TH-PPM超宽带系统中,理论计算了基于PSWF脉冲的多进制PPM-UWB系统的符号差错率公式。与高斯脉冲进行比较,采用Systemview可视化仿真平台进行了仿真。仿真结果表明,基于PSWF脉冲的UWB系统符号差错率性能要明显优于Gauss脉冲。在给定SER的前提下,使用PSWF脉冲的UWB系统能够容纳更多的用户。     

UWB脉冲无线电对GPS的干扰研究

分析了超宽带(UWB)信号的时频域特征,并提出了与GPS共存的限制条件和系统设计方案.     

基于超宽带和航位推算的室内机器人UKF定位算法

超宽带是一种传输速率快、功耗低的新型无线通信技术,可提供亚米级定位精度,近年来超宽带定位在机器人领域的应用日益广泛。在超宽带信号有效区域边缘或信号受到遮挡时,超宽带定位精度急剧下降。为此提出了一种基于超宽带定位和航位推算的UKF组合定位方法,可有效克服上述问题,从而为室内机器人定位提供一种稳定可靠的解决方案。     

基于TOF的UWB可移动基站快速自定位算法

针对运动场中超宽带(UWB)可移动基站的位置获取需要人工测量、定位不方便的问题,提出了基于飞行时间(TOF)的UWB可移动基站快速自定位方法.首先根据基站布局情况确定局部坐标系,建立基于UWB基站间相互测距信息的各基站坐标方程,采用最小二乘法对各基站的坐标进行解算,进而分析其定位误差.最后通过实验验证了算法的可行性和稳定性.实验结果表明,可移动基站平均定位精度在0.05m以内.相对于传统的人工测量方式,基站自定位可有效节省基站布设时间,减少工作量.     

基于MEMS/UWB组合的室内定位方法

在深入研究超宽带（UWB）与车载低成本MEMS的定位原理和算法的基础上,提出了采用UWB辅助MEMS定位的算法,以抑制MEMS的发散并提高定位精度。设计了两者的融合定位算法,完成了基于MEMS/UWB的室内定位技术研究。最终试验运动253.4m,MEMS定位误差小于0.61m,MEMS/UWB融合定位误差小于0.07m。试验结果表明,MEMS/UWB算法与单独的MEMS定位算法相比,有效地提高了定位精度与定位稳定性。     

脉冲超宽带通信与测距技术初步研究

相对于连续波窄带技术,脉冲超宽带技术在短距离通信及高精度测距方面具有一定优势.为了向未来航天应用提供新的技术支持,对脉冲超宽带通信及测距技术进行了初步研究.描述了系统的收发单元及天线单元,同时给出了各单元的测试结果.脉冲超宽带通信、测距实验表明,系统成功实现了短距离高速通信和高精度测距.在10 m范围内通信码速率为100 Mbit/s,定位精度为厘米量级.     

脉冲超宽带信号测量性能分析

超宽带技术是一项新兴的无线通信技术,具有极其广阔的发展前景,但目前仅用于室内短距离通信,少见用于航天测控系统。为了将超宽带技术应用于测控系统中,以模糊函数为工具,对脉冲超宽带信号的测量性能进行分析。首先推导矩形脉冲串信号和载波调制矩形脉冲串信号的模糊函数,并对其模糊特性进行仿真分析。在此基础上,主要针对用于测控系统的伪码调制脉冲超宽带信号,利用其模糊函数分析其测距测速性能。结果表明:该超宽带信号具有良好的测距测速性能,其最大无模糊距离为1个伪码周期,最大无模糊多普勒频率为脉冲重复频率的倒数;单脉冲宽度越窄,其测距性能越好而测速性能越差。     

基于角度分集的机载超宽带MIMO天线设计

为了提高机载通信设备信道容量和进一步减小天线安装空间，提出一种采用角度分集技术的超宽带（UWB）多输入多输出（MIMO）天线。该天线将Vivaldi天线和超宽带槽天线进行了集成设计，无需采用解耦结构便可获得较高的端口隔离度，大大提高了数据传输率。通过在Vivaldi天线辐射臂上开一对方形缝隙和在介质板背面增加长方形辐射贴片，可以有效减小天线的尺寸，设计的UWB-MIMO天线尺寸为36 mm×36 mm×0.8 mm。给出了天线的设计流程，加工了天线实物，并对其进行了测量。仿真和实测结果表明MIMO天线具有超宽的阻抗带宽，可以覆盖整个3.1~10.6 GHz超宽带频段。Vivaldi天线阻抗带宽为2.8~15.9 GHz，UWB槽天线阻抗带宽为1.8~12.7 GHz，天线端口隔离度均在-10 dB以下。测量了天线的辐射性能和增益特性，实测结果与仿真结果吻合较好，证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和机载阵列天线系统中。     

超宽带电磁脉冲天线阵互耦效应研究

将超宽带电磁脉冲天线组阵后可提高主射方向的峰值功率及增益。但由于非线性阵元因素,必须考虑阵元间互耦效应。以恒阻抗TEM喇叭天线为阵元,通过仿真和实验研究了超宽带天线阵的互耦效应,研究表明,耦合强弱与阵元间距及频段有关,互耦增强了超宽带天线阵的低频辐射能力,使远场主射方向脉冲峰峰值有所增加。上述结论对于超宽带电磁脉冲天线阵的应用具有参考价值。     

航空电子MB-OFDM-UWB无线互连信道分析与仿真

多频带正交频分复用超宽带（MB-OFDM-UWB）是航空电子内部无线互连（WAIC）的候选通信体制之一，不同于普通的室内无线信道，超宽带信号在金属和复合材料的机舱内部存在复杂的反射和多径干扰。给出一种适用于WAIC应用的MB-OFDM-UWB无线通信系统物理层方案，并参照IEEE802.15.4a标准提出一种适应航空电子机舱内部特征的多簇多径UWB信道模型；通过基于接收球的反射角误差法仿真得到无线信道的冲激响应，确定了机舱环境下信道模型的簇到达率、径到达率和混合因子；进而采用Simulink进行MB-OFDM-UWB信号系统仿真，表明在110 Mb/s码速率条件下，当误码率低于国际电信联盟（ITU）标准规定的10^-6，机舱环境下的信噪比应比普通室内环境高1 dB。另外，在研究过程中，为了确认电磁仿真中接收球半径的有效性，针对基准环境将仿真结果与文献报道的实测结果进行了对比。