UWB超高精度无线定位科研平台
| 作者：李金波 | VISITORS: | 来源：未知
产品介绍：
& & & &本科研平台可以实现基于高精度双向测距（TWR）的实时定位系统（RTLS）， 能够确保用户使用各种网络拓扑对UWB技术的性能进行评估；本科研平台相对于使用其他无线技术 的实现的定位提供了更优秀的定位能力和 更精确的跟踪能力；利用本科研平台提供的设计资源，方 便用户进行二次开发或集成，进而开发自己的相关产品。利用本科研平台配合本公司其他产品，可以快速评估UWB技术或RTLS的不同应用案例 。
产品优势：
& & & 1、可以快速评估UWB技术或RTLS的不同应用案例
& & & 2、对于x-y平面定位精度典型值＜20cm 使用提供的开发资源，够快速启动产品开发
& & & 3、利用单芯片UWB技术可实现低功耗，长距离，高可靠性，低成本等特点的产品开发
& & & 4、本产品还可以与本公司其他UWB产品结合使用，使用户可以在原有基础上实现二次开发
& & & 5、可以配置成多种应用模式的RTLS案例
& & & 6、具有双重模式:低功率模式和长范围模式 支持通道2(4 GHz)或通道5(6.5 GHz) 提供锂电池及充电管理功能
& & & 7、提供多种通信接口如WIFI，串口
& & & 8、提供10DOF(三轴陀螺仪+三轴加速度+三轴磁场+气压)，IMU单元
应用范围：
& & & &物流，资产跟踪，工厂自动化 & & & & 人身与财产安全，智能家居 & & & & & 室内导航，机器人定位，电子围栏
应用案例：
&& 跟踪定位系统
& & & &系统组成：3锚点、1个标签(3d定位)
& & & &系统原理：探测移动标签相对于固定基站的位置
& & & &应用实例：资产跟踪(医疗、农业、物流)，工厂自动化
&& 地理防御系统（电子围栏）&
& & & &系统组成：1锚点和 1~3个标签
& & & &系统原理：探测标签进入或离开一个特定的范围或区域
& & & &应用实例：基于位置的支付应用,人员防护(叉车、钻孔机)、儿童监护，贵重物品监护
&& 室内导航系统
& & & &系统组成：3锚点和1移动标签(3d定位)
& & & &系统原理：利用固定的基站对标签进行2D或3D的跟踪
& & & &示例应用程序:机器人导航，人员导览
软件界面：ＧＰＳＧＩＳ；文章编号：１００８－０５７０（２００９）０９―１；《微计算机信息》（测控自动化）２００９年第２５卷；ＵＷＢ定位系统标签的设计与实现；Ｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ；ｏｎ；ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄｔｅｃｈｎｉｑ『ｕｅ；（１．桂林电子科技大学；２．桂林航天工业高等专科；ＣＨＥＮＸｕｅ－ｑｉｎｇ；玫ｌ高凡２；Ｍｅｉ；ＷＡＮＧＧＡＯ
ＧＰＳＧＩＳ
文章编号：１００８－０５７０（２００９）０９―１―０１３２－０３
《微计算机信息》（测控自动化）２００９年第２５卷第９－１期
ＵＷＢ定位系统标签的设计与实现
Ｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔａｇｉｎｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ
ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄｔｅｃｈｎｉｑ『ｕｅ
（１．桂林电子科技大学；２．桂林航天工业高等专科学校）陈学卿ｌ王
ＣＨＥＮＸｕｅ－ｑｉｎｇ
玫ｌ高凡２
ＷＡＮＧＧＡＯＦａｎ
摘要：介绍了一种ＵＷＢ定位系统的结构．采用数字电路实现标签方法．叙述了电路的基本原理和核心器件的主要性能和电路结构，并对试验电路进行了测试。测试结果表明该方案的简洁和有效。关键词：超宽带；定位；标签；数字电路；脉冲；纳秒
文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＮ７８４．１；ＴＮ７２２．７＋５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｉｓ
ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ＵＷＢｌｏｃａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｔａｇｗｈｉｃｈｉｓｉｍｐｌｉｅｄｂｙｄｉｇｉｔａｌｃｉｒｃｕｉｔ
ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｉｓ
ｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙ
ａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｋｅｙｄｅｖｉｃｅ
ｒｅｓｕｌｔ
ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄ
ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｉｓ
ｇｉｖｅｎ．Ａｎｄ
ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ａｄｖａｎｃｅｄ．
ｗｏｒｄｓ：ＵＷＢ；ｌｏｃａｔｉｎｇ；Ｔａｇ；ｄｉｇｉｔａｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｕｌｓｅ；ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ
Ｓｙｓｔｅｍｌ在室外环
境的定位应用外．人ｆｉｌｘ，－Ｊ室内定位、短距离测距等应用了解较
Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
方程，通过某种算法就可以求出标签的位置。从上面的工作流程可知，标签只有发射功能，基站只有接收功能，不再象文献那样需要ＦＰＧＡ来进行基带处理。下面介绍标签发射机的设计和实现。
除了全球定位系统（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ
少。未来无线定位技术的趋势是通过室内定位与室外定位相结合．实现无缝的、精确的定位。现有的网络技术还不能完全满足这个要求，而由于超宽带（ＵＷＢ：ＵｈｒａＷｉｄｅ－－Ｂａｎｄ）技术具有功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位等优点．基于ＵＷＢ的定位技术在众多无线定位技术中脱颖而出．成为当前无线定位技术的研究热点之一。
２标签发射机的设计与实现
２．１产生纳秒级脉冲的方案选择
标签发射机的核心是产生纳秒级脉冲。产生纳秒级脉冲的方法很多，大致可以分为２类，一类是将各种高速器件等效成开关．从而利用储能元件充放电得到短持续时间的信号，再经过脉冲成形网络整形成满足要求的波形和电压足够高的脉冲。采用这种方法的核心是各种高速器件的选择和使用．包括光电器件和高速的电子器件。光导开关是利用半导体材料的光导效应制成高速开关。高速电子器件，包括隧道二极管、阶跃恢复二极管、雪崩晶体三极管、俘越二极管和脉冲放电管等。从目前国内可以生产的器件来看．隧道二极管是利用其特殊的能带结构产生隧道电流，可以得到脉冲振幅为几百毫伏。上升沿可达几十皮秒：阶跃管是利用电荷储存效应产生阶跃恢复的性质．与电感构成振荡回路后可以生成振幅为几伏到十几伏的纳秒和亚纳秒脉冲：雪崩晶体管和俘越二极管是利用晶体管的雪崩击穿特性．生成脉冲振幅可达几十伏到几百伏：脉冲放电管是用高压电将火花隙击穿后产生电离．可以产生幅度超过几百伏的亚纳秒脉冲．不过这种电路存在重复频率较低和波形不稳定的问题。
利用雪崩效应产生的窄脉冲通常需要较高的偏置电压并且脉冲幅度较高．一般较多应用于雷达信号。同时，出于对电路集成成本的考虑，需要有更简单、更适合与数字电路系统兼容的脉冲信号产生办法。
另一类是采用数字逻辑器件来设计生成脉冲信号．包括晶体管一晶体管逻辑ＣｒｒＬ）、发射极耦合逻辑（ＥＣＬ）、金属氧化物半导体场效应管（ＭＯＳ）、集成注人逻辑ｆ１２Ｌ）电路等。这类器件构成的电路具有结构简单、便于集成和系列化生产、成本低廉、使用方便等优点，在通信等科学领域得到广泛应用。
ｒＩ’Ｉ＇Ｌ电路具有价格低廉、功耗低、带负载能力强等优点。目前１ＴＬ集成电路的主流是７４ＬＳ低功耗肖特基系列．也是目前
ＵＷＢ定位系统简介
ＵＷＢ定位系统结构框图如图ｌ所示：
图１ＵＷＢ标签定位系统结构框图
系统采用基于锚的ＴＤＯＡ定位方案。系统由中央处理器．标签，三个基站构成。各个基站均与中央处理器相连，它们的位置固定并且已知，由基站到定位处理的传输时延也是已知的。标签的位置未知．每隔一定的时间发送定位信号。系统工作流程是：
ｌ、标签向三个基站发送定位信号。
２、各个基站检测到标签的定位信号后通过电缆给中央处理器发送信号。
３、中央处理器得到三个时间差，也就可以得到三个双曲线陈学卿：硕士研究生
基金项目：项目名称：ＵＷＢ多点协同定位：基金颁发部门：国
家自然科学基金委（６０４７２０９１）
一１３２―３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６
罄的论文得到两院院士关注ｆ
使用最广泛的一种集成逻辑门。其典型电路的平均传输时延
ＧＰＳＧＩＳ
频器也１３Ｉ以配置成二分频或五分频等。这样就可以满足ＩＥＥＥ．
约为９ｎｓ，扇出系数２０．抗干扰能力好。７４Ｆ（快捷肖特基）高速系８０２．１５．４标准ｌｋｂｐｓ－几Ｍｂｐｓ的定位速率要求。列是在７４Ｉ＿５系列基础上改进得到的，具有最小平均传输时延。２）电平兼容电路ＥＣＬ与／与非门可以选择一５ｖ或者５ｖ供
ＥＣＬ集成电路是目前常用的数字集成电路中速度较快的一种。它的开关速度高，负载能力强。但功耗较大，噪声容限小，约３００ｍＶ，逻辑摆幅为０．８Ｖ左右．抗干扰能力差．一般只用在要求速度特别高的场合。用它可以产生重复频率达几百ＭＨｚ、边沿在１ｎｓ左右、脉冲振幅为８００ｍＹ的脉冲信号。因此也可利用ＥＣＬ集成电路产生纳秒级的高速脉冲。
ＭＯＳ集成电路是采用ＭＯＳ管作为开关元件的数字集成电路。它具有工艺简单、集成度高、抗干扰能力强、功耗低等优点。但由于其工作速度低、负载能力差，使它的使用范围受到较大限制。１２ＩＪ电路具有集成度高、功耗小等优点，但它的开关速度低、噪声容限低．其逻辑摆幅仅７００ｍＹ左右．比ＥＣＬ还低。
综合比较之后．文章采用开关速度高。负载能力强的ＥＣＬ集成电路来设计生成脉冲信。
２．２标签发射机的设计与实现
２．２．１标签发射机的设计原理和实现方法
文章采用基于简单的竞争冒险原理来设计生成脉冲信号。尝试用与非门的方法来实现窄脉冲的产生。采用两输入端与非门产生窄脉冲，如图２（ａ）所示，逻辑关系为：Ｆ：ｊ西。
图３标签发射机的基本框图
如图３所示为标签发射机的整体框图．由四个部分组成：触发信号产生电路、电平兼容电路、竞争冒险脉冲产生电路、功放。电。由于它是采用ＥＣＬ输入的模式．需要首先完成输入ｒＩＴｒＬ电平信号到ＥＣＬ电平信号的转换，２路ＥＣＬ信号经过ＥＣＬ与／与非门产生极窄脉冲。
３１功率放大电路由于ＥＣＬ与／与非门的ＥＣＬ电平的摆幅只有８００ｍＶ左右，所以要延长发射距离．必须要求功率放大。功放采用Ｈ１１ＴＩＴＥ微波公司的ＩｎＧａＰＨＢＴ增益模块ＭＭＩＣ放大器。其特点是工作范围为ＤＣ一１ＧＨｚ，增益可达２２ｄＢ，ｌｄＢ压缩点输出功率可达２２ｄＢｍ。
２．２．３整体实现
于是得到标签发射机的整体框图。
３测试结果及分析
按照罔３的框图，进行了实验电路的制作和测试。
标签信号和触发信号都可以从示波器上显示出来ｆ示波器为Ａｇｉｌｅｎｔ公司生产的５４８４６Ａ型高宽带数字示波器．带宽为２．２５ＧＨｚ．采样速率为８Ｇ／ｓ）．触发信号如图４所示，标签信号如图５所示。触发信号也就是分频器的１２脚Ｑ．输出为ｌＭＨｚ方波。标签信号的峰峰值为２．６７０Ｖ．５０％脉冲宽度为６．５４２ｎｓ。频率为１ＭＨｚ．波形稳定。
窄脉冲的需要。
图２采用两输入端与非门产生数字脉冲
Ａ为占空比为５０％的时钟信号，作为与非门的一个输入。而将其通过一个反相器，得到Ｂ信号。Ｂ信号和Ａ信号相位相差１８０度，且相对于Ａ有一定的延迟．这个延迟就是反相器的传播延迟。然后Ａ和Ｂ相与取非得到Ｆ。只有当Ａ、Ｂ同时为高电平。Ｆ才为低电平。Ｆ为低电平的持续时间正好是反相器的传播延迟。于是就可以得到―个宽度为反相器的传播延迟的负窄脉冲。采用的ＥＣＬ与／与非门芯片为安森美ｆ０ＮＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）公司的ＡＮＤ／ＮＡＮＤ门。安森美公司的ＡＮＤ／ＮＡＮＤｆ－ｊ专为极高速电路开发逻辑芯片，典型延迟时间２４０ｐｓ，可以满足产生纳秒级
２．２．２实现标签发射机的关键和改进
采用数字方法产生窄脉冲难度最大的地方在于精确的相位延迟的控制。本文采用ＥＣＬ与／与非ｆ－１５身的与非特性来实现反相延迟．不需要外加复杂的延迟线芯片：采用了两级延迟．第一级利用的逻辑关系是ｈ－ｚ－Ｊ：ｊ．第二级利用的逻辑关系是
图４触发信号
测试结果表明采用本文所提方案来实现标签是可行性。但是标签信号的脉冲宽度和其理论值不一致以及标签信号有点起伏和拖尾。采用的ＥＣＬ与／与非门的传播延迟典型值为２５０ｐｓ；两级合计也只有５００ｐｓ．也就是０．５ｎ８．而测试结果为
为了使标签发射机自动工作，需要加入触发信号产生电路、电平兼容电路、功率放大电路。下面分别描述之。
１１触发信号产生电路触发信号产生电路由电压调节器、１０Ｍ晶振、分频器组成。电压调节器的作用是为ＩＯＭ晶振使能端提供一２Ｖ．＋２Ｖ的电源。为了不受温度的影响，ＩＯＭ晶振选择的是恒温类型。１０Ｍ晶振使能端通过电阻连接到电压调节器的电源输出，通过一个耦合电容与地相接以减少噪声。为了减小抖动夕ｒ部电压通过ＲＬＣ滤波器供电。晶振输出接到分频器ＣＫＢ
６．５４２ｎｓ湘去甚远。分析其原因．如下：一是数字器件本身的非理
想特性造成的，不可能每一片都一样；二是竞争冒险脉冲产生电路中与门同相端走线过长．也有一定延迟。为了得到更窄的脉冲，可以通过减少反相器的后级．只保留第一级。
在实验中．通过对比脉冲信号和标签信号．发现功放对拖尾的放大倍数大于主峰．就其原因。可能是功率放大电路是要按照中心频率来设置。中心频率处应该是最大倍数。而拖尾正好可能在中心频率附近。要想降低拖尾的幅度（相对于同一个主峰１．就必须调整中心频率参数．使其离中心频率出处的距离大于主峰
时钟输入端把分频器配置成十分频器以产生ｌＭ触发信号。分
（ｖＣ，奎ｒｍｆｌｌｏｍ邮局订阅号：８２．９４６３６０元／－ｑ－－一１３３一
ＧＰＳＧＩＳ
离中心频率出处的距离。另外，在涮试ＥＣＬ电路时，即使ＥＣＬ差分输ｍ单端应用．不用的互补端也要接５０欧负载，否则电路无输出。这说明差分输出的负载匹配问题是一个很重要的问题，值得我们注意。
《微计算机信息》（测控自动化）２００９年第２５卷第９－１期息与通信学院硕士研究生．研究方向：超宽带室内定位技术；王玫（１９６３一），女，桂林电子科技大学教授，Ｔ学博士，研究方向：超宽带通信、混沌通信、扩频通信；高凡（１９７９一），女，桂林航天工业高等专科学校讲师，研究方向：应用电子。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣＨＥＮ
Ｘｕｅ－ｑｉｎｇ
（１９７７一），ｍａｌｅ，ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ
ＧｕｉＬｉｎ
Ｓｔｕｄｅｎｔ，ｍａｊｏｒ
ｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｏｆ
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａ：ＵＷＢｌｏｃａｔｉｏｎ．
（５４１００４广西桂林桂林电子科技大学）陈学卿王玫（５４１００４广西桂林桂林航天工业高等专科学校）高凡
（ＧＩｌｉＬｉｎ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｇｎａｎｇｘｉ
ＧｎｉＬｉｎ，５４１００４，Ｃｈｉｎａ）ＣＨＥＮＸｕｅ－ｑｉｎｇ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）ＧＡＯＦａｎ
ＷＡＮＧＭｅｉ
（ＧｕｉＬｉｎＣｏｌｌｅｇｅＯｆＡｒｅｏｓｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｎａｎｇｘｉＧｕｉＬｉｎ，
图５标签信号
通讯地址：（５４１００４广西桂林市桂林电子科技大学研Ｈ２信箱１陈学卿
本文给出了ＵＷＢ标签定位系统标签发射机标签信号产生的详细电路设计。实验结果产生幅度为２．６７０Ｖ．５０％脉冲宽度为６．５４２ｎ。．频率为１ＭＨｚ的标签信号。实验结果证明了电路的町行性。这种方式简单易行、成本低廉、易于集成。但是脉冲宽度是不可控的，不灵活。为了减小标签信号的宽度，只有通过改变反相器的延时来（级数）来实现。
本文作者创新点：针对超宽带标签信号的发射，提出采用基于竞争冒险原理的ＥＣＬ与门来产生窄脉冲的方法，实现简单、成本低廉、易于集成。经济效益：采用数字器件来实现标签发射机．拥有体积小、功耗低、可靠性高等特点．提高了定位标签的使用寿命与质量，降低了成本。参考文献
『１１ＡＮＤＥＲＳＯＮＣＲ．ＵｌｔｒａＷｉｄｅｂａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＤｅ―
ｓｉｇｎＩｓｓｕｅｓａｎｄ
（收稿日期：２００８．１１．２２）（修稿１３期：２００９．０２．２２）
（上接第１２９页）
本文作者创新点：
１、结合实Ｒ寸栅格地图渲染引擎和矢量地图发布引擎的优点，提出一种新的基于Ｗｅｂ的地图服务引擎的设计方案和实现过程。
２、在地罔服务引擎采用栅格地图预渲染入库的方式，显著地改善了引擎的性能。
３、图库采用四叉树＋Ｒ树混合结构做索引，提高地图动态对象的更新效率。
项目经济效益：本项目的合同价为７５万。参考文献
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ｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｍｏｄｅｌｂａｓｅｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｔｒａｄｅｏｆｆｓ［Ｄ］．Ｖｉｒｇｉｎｉａ：ＶｉｒｇｉｎｉａＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
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Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
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Ｗｉｒｅｌｅｓｓ．４５５―４５８．２００７．
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ｔｅｎｔｓ
ＡＣＭ．２００７―９
Ｚｈａｎｇ，ＰＹａｎＨｕａｎｇ．ＣｌｕｓｔｅｒＢｙ：ａ
Ｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］．ＩＥＥＥ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ＵｌｔｒａＷｉｄｅｂａｎｄ
Ｓｙｓｔｅｍｓ
【５］Ｃｈｅｎｇｙａｎｇｓｑｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎ
ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，１４７－１５０，２００２．
ｆｏｒｓｐａｔｉａｌｄａｔａ
ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｆ５１ＦｏｎｔａｎａＲＪ，ＥｄｗａｒｄＲ，ＪｏＡｎｎＢ．ＣｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＷｉｄｅｂａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ｕｌｔｒａ
ａｓｓｅｔ
Ｕｌｔｒａ
ｓｙｓｔｅｍｓＡＣＭ２００７－９
ｌｏｃａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］．ＩＥＥＥ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
作者简介：黄波（１９８４一），男，广东惠州人，华南理工大学，硕士，主要研究方向：图像处理与模式识别；陈怀熹（１９８４一），男，广东广州人，华南理工大学．硕士．主要研究方向：图像处理与模式识别。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＨＵＡＮＧＳｏｕｔｈ
Ｃｈｉｎａ
ＷｉｄｅｂａｎｄＳｙｓｔｅｍａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，３６９－３７３，２００３．
Ｊ．ＵｈｒａＷｉｄｅｂａｎｄ
ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＧｅｏｌｏｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：
【６］Ｆｏｎｔａｎａ
ＵＳＡ，６０５４９５０【Ｐ】．２０００－－－０４－２５．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｒｅｅｐａｔｅｎｔｓｏｎｌｉｎｅ．ｃｏｒｎ／
６０５４９５０．ｈｔｍｌ
Ｂｏ（１９８４一），Ｍａｌｅ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，
ａｒｅａ：
［７】朱华，王玫，樊孝明．ＵＷＢ定位系统中标签接收机的ＦＰＧＡ实现『Ｊ１．微计算机信息，２００８，９―３：６１―６３．
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２００８，４５（５０９）：５７―６０．
【ｌ０］ＭＯＬＩＳＣＨＡＦ，ＢＡＬＡＫＲＩＳＨＮＡＮｋ
ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌ―ｆｉｎａｌ
ＣＨＯＮＧＣＣ，ｅｔ
１９―１２０，１２３．
ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｓｔｅｒ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ａｎｄｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．
ｒ５１０００６广东广州华南理工大学计算机科学与工程学院计算机系）黄波陈怀熹
（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
ＣＨＥＮＨｕａｉ一】【ｉ
【９】朱满江，王玫．一种新的超宽带窄脉冲产生方法【Ｊ】．电测与仪表，
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，５１０００６，Ｃｈｉｎａ）ＨＵＡＮＧ
ｒｅｐｏｒｔ【ＥＢ／ＯＬ】．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．
通讯地址：（５１０００６广东广州番禺广州大学城华南理工大学Ｃ１４―５０４室）黄波
ｆ收稿日期：２００８．０７．１８）ｆ修稿日期：２００８．１０．１８）
ｉｅｅｅ８０２．ｏｒｅ－／１５／ｐｕｂｆ［Ｇ４ａ．ｈｔｍｌ．
作者简介：陈学卿（１９７７一），男，四川武胜人，桂林电子科技大学信一１３４―３６０，Ｌ／年邮局订阅号：８２．９４６
UWB定位系统标签的设计与实现
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
陈学卿， 王玫， 高凡
陈学卿,王玫(桂林电子科技大学,广西桂林,541004)， 高凡(桂林航天工业高等专科学校,广西桂林,541004)微计算机信息
CONTROL & AUTOMATION)0次
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相似文献(10条)
1.学位论文 王鹏毅 超宽带抗干扰通信定位技术研究 2007
超宽带机理是利用脉冲冲击调制，形成扩频超宽带信号进行信息传输。美国从20世纪90年代中期以来，研制了多种超宽带无线电通信、雷达、成像和高精度定位系统，作为军用设备的超宽带无线电系统已得到实际应用。目前，商用和军用都对通信测控或定位系统的信息安全提出了更高的要求，超宽带信号功率远小于热噪声，可以进行隐蔽传输，具备较强的抗干扰和抗截获能力，其多用户测控无线入网可具备入网认证和身份识别功能。这种通信体制具备很强的信道安全能力，和其它信息加密综合应用能够满足很强的信息安全要求。所以研究超宽带的通信技术具有重要的商用和军用价值。
本论文的主要以下几个方面进行了研究：
(1) 对超宽带脉冲通信体制研究，给出了该体制的实现方法。
在研究了超宽带信号的定义和频谱特性的基础上，给出了基于超宽带脉冲扩频信号的幅度调制、时延相位调制和伪码复合调制等调制形式和超宽带信号解调方法，对超宽带接收性能进行了计算和分析，并给出了接收工程实现的示意框图。
(2) 对超宽带信号的测距捕获进行了研究，提出了两种快捕方法。
主要研究了基于伪码复合冲击脉冲信号测距的方法，分析了伪码脉冲幅度调制和时延相位调制两种信号形式频谱，以幅度调制信号为例分析了全相参时延捕获方法，提出了平方脉冲相位捕获再伪码相位捕获和先延迟相乘脉冲相位捕获再伪码相位捕获两种快捕方法，比较计算了多种捕获方法的检测信噪比，并给出了快捕实现原理框图。
(3) 对高动态超宽带信号的进行了研究，首次提出了时变模板的概念和矩阵相关的方法。
在高动态时变超宽带信号的捕获跟踪方面，针对超宽带时变信号首次提出了时变模板的概念和矩阵相关的方法，建立了基于分数阶域滤的超宽带一时频联合匹配滤波的框架，解决了超宽带时变信号的检测，能够满足超宽带高动态的特种情况捕获应用。查阅国内外相关文献，没有发现相关文献报告。
(4) 在超宽带信号精密跟踪方面，首次提出了一种应用于超宽带的冲击脉冲早迟跟踪环路的实现方法。
通过对高斯白噪声下的环路跟踪精度和性能进行了理论计算，给出了超宽带的冲击脉冲早迟跟踪环的时延测量精度的理论值，并进行了多种形式冲击脉冲信号的系统仿真验证。最后在自研的硬件平台系统仿真结果和理论结果一致。查阅国内外相关文献，没有相关报告。
(5) 对超宽带多用户工作和组网性能进行了研究，提出了超宽带多用户定位精度的计算方法。
主要介绍了民用无线局域网的各种标准协议，针对中远距离的多用户测控问题，提出了一种全新的超宽带多目标隐蔽测控体制，给出了TH-PPM和TH-PAM两种多用户组网工作信号体制，并对该类信号的产生调制和相干捕获方法，对多目标的测控传输的误码率进行了工程计算；对多目标的捕获解调进行了计算分析，并对该信号的多用户定位精度进行了计算分析；提出了超宽带多目标测控网络拓扑结构，对其组网安全认证过程进行了分析；最后给出了相关结论。
(6) 在超宽带高速数据传输技术方面，主要针对超宽带高速数据传输提出了多个伪码和多个正交Walsh函数并行调制传输的两种方法，采用并行传输可以有效提高超宽带系统的传输速率，降低码间干扰和实际工程处理难度。并在试验样机上试验了这种方法。查阅国内外相关文献，没有发现相关报告。
(7) 超宽带的电波传输和多径接收研究研究了冲击脉冲调制信号空间传播形式，在和传统信号传播方式进行比较的基础上，针对中远距离通信，提出了一种冲击信号空间传播模型，研究和仿真试验表明，在传统瑞利信道中，采用冲击调制的信号具备优良的抗空间多径能力，各项性能明显优于传统扩频通信信号。
(8) 在超宽带阵列信号空时处理方面，独立提出了一种基于时域分析的复合加权宽带阵列信号处理新方法。首次推导证明了阵列系统的时延测量精度是个阵元时延测量精度的统计平均值。
该方法通过群时延、相位和幅度复合加权处理，可以避免复杂的频域聚焦算法；对超宽带的阵列信号处理进行了独创性研究，提出了一种便于工程实现的一种简单的超宽带空时阵列处理方法，可以在超宽带信号抗干扰的基础上，进一步提高系统的抗干扰能力；采用数学方法首次推导证明了阵列系统的时延测量精度是个阵元时延测量精度的统计平均值。以上查阅国内外相关文献，没有发现相关报告。
(9) 超宽带信号仿真和硬件平台试验研究主要对超宽带信号的捕获、跟踪、数据传输、多用户通信工作、多径信道等作了多种仿真试验，在自主研制的超宽带信号的硬平台上件产生、调制和解调技术，实现了一种超宽带专用硬件平台，实现了670ps的脉冲冲击信号，完成了1Mbps数据的调制和解调试验。这些超宽带的调制解调算法都是我们独立研发的，具有自主知识产权。
2.期刊论文 陈学卿.高凡.马伟朕.CHEN Xue-qing.GAO Fan.MA Wei-zhen 基于超宽带(UWB)技术的无线定位系统的研究 -桂林航天工业高等专科学校学报)
文章介绍了超宽带定位技术的特点和优点,研究了超宽带无线用于室内定位的定位方式,并对现有的超宽带室内无线定位网络协议进行了分析,最后阐述了超宽带室内定位系统的主要问题和发展方向.
3.学位论文 石云 超宽带测距与定位技术研究 2006
超宽带(UWB)无线电将成为未来通信和定位的发展方向，具备广阔的应用前景。
首先，本论文研究适合UWB的测距和定位方式。由于UWB信号的时间分辨率高，所以基于时间的定位方案比其它方案更精确，可以采取TOA的测距方式。
其次，论文给出了在无线传感器网络中UWB相对定位估计特性的理论分析和仿真结果。在单跳网络中，结点密度增大时，定位精度也将不断增加。在跳数确定的多跳网络中，网络中增加传感器数目时，整体定位精度将收敛于一个固定值；而当与参考结点直接通信的盲结点数目不变时，离参考结点的跳数越大，定位精度越差。
最后，在分别基于RSS测距和TOA测距系统的多跳无线网络中，分析从源结点到目的结点跳数与测距估计精度之间的关系。
4.期刊论文 叶扬.刘发林.YE Yang.LIU Fa-lin 超宽带自组网定位辅助路由算法及仿真 -计算机仿真)
超宽带技术和移动自组网都是目前移动通信中的研究热点,由于UWB的通信容量大、高隐蔽性、功耗低、精确定时定位等特点,非常适合于作为AdHoe网络的物理层实现.UWB系统提供的距离与定位信息,可以实现对基于UWB的Ad hoc网络有效路由,而原有的定位辅助路由协议的定向性非对称,网络负载仍然较大.针对UWB系统的特点,提出了以中间跳数为主的超宽带Ad hoc网络路由度量方法,将矩形路由请求区域优化为带状请求区域,并且通过GloMosim软件进行了仿真.结果表明:改进的定位辅助路由算法以较小的开销取得较高的路由效率,降低了网络的负载和能量的损耗.
5.学位论文 肖竹 超宽带定位与RAKE接收关键技术研究 2009
超宽带(Ultra Wideband，UWB)技术是对正弦载波无线电的一次突破，由于特有的性质和应用领域，使其在无线通信领域研究中受到了热切关注。由于信号的超宽带特性，UWB的距离分辨精度要比其他系统高的多，在精确定位应用中具有极大潜力。同时，UWB系统通常工作在复杂的多径环境下，但可以采用RAKE接收机收集多径能量来改善系统性能。本文针对UWB系统中的定位问题和RAKE接收机进行了研究，主要成果包括以下几点：&br&　　
(1)提出了一种基于UWB的TOA/AOA联合定位方案，其中TOA和AOA估计分别用于获得定位双方的距离和方位信息，只需单个定位源就可完成对定位节点的相对定位。提出了TOA/AOA联合估计算法，TOA通过往返时间来确定，无需定位两端时钟同步；AOA信息通过近似的TDOA方式获得，无需借助计算复杂度较高的波束赋形等方法。该联合定位方案将不同的定位技术TOA和AOA都统一到了基于UWB多径时延估计框架中，简化了定位体制。&br&　　
(2)探讨了UWB定位研究中非视距(Non Line-of-Sight，NLOS)定位这个难点问题。提出了一种适用于NLOS环境的UWB定位方案，通过对散射体的利用，使得在直射路径被阻挡之后TOA和AOA方法仍能适用，并可通过搜索最强路径来获得TOA估计，避免了阈值搜索。该方案同样适用于LOS(Line-of-Sight)环境。该方案能够直接完成NLOS定位，出发点不同于传统的被动式的NLOS定位方法。&br&　　
(3)NLOS鉴别能为UWB定位提供重要的先验信息，首先通过仿真实验分析了在IEEE802.15.4a信道下UWB定位时TOA估计性能，并验证了UWB多径分量的统计特性作为NLOS判决方法的可行性。然后从UWB定位误差统计模型出发，以假设检验(Hypothesis Test)理论为基础来求解LOS/NLOS状态鉴别问题。通过分析NLOS条件下定位误差的概率密度函数，定义了一种基于误差分布的NLOS鉴别概率，不依赖于信道特性，利用虚警概率经过数学推导后，得出了鉴别概率的求解方法。&br&　　
(4)提出了一种在NLOS条件下降低复杂度的选择性RAKE接收机方案(RC-SRAKE)，利用接收端参考波形和接收信号的相关卷积，并以多径间隔对卷积输出抽样来选取Finger参数，参考波形又能根据Finger参数来确定RAKE相关接收时的匹配模板信号，因此不需要已知信道信息。通过误码率分析和仿真实验表明，RC-SRAKE能获得和理想RAKE接收机相近的性能，可以作为实际应用时可行的接收方案。
6.期刊论文 欧汉杰 基于Chirp扩频技术的超宽带室内定位技术研究 -大众科技2010(5)
提出了一种基于Chirp扩频的超宽带信号用于室内定位的方案.Chrip扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)是一种新颖的超宽带技术,具有广阔的应用前景.利用Chirp信号脉冲压缩特性,可以产生用于定位的极窄脉冲.文章首先分析了Chirp扩频信号用于定位的可行性,随后介绍了TDOA定位原理,最后通过在802.15.4a标准的信道条件下进行仿真得出基于Chirp扩频的超宽带信号具有很高的定位精度,并比较了两种检测方式对定位误差造成的影响.
7.学位论文 谢亚琴 超宽带无线定位算法研究 2007
无线通信技术的成熟和发展，带动了新兴无线业务的出现，越来越多的应用都需要自动定位服务。随着超宽带通信系统的频段分配的提出，超宽带技术引发了广泛的研究热潮。按照FCC的规定，从3.1GHz到10.6GHz之间的7.5GHz的带宽频率为UWB免费使用的频率范围。超宽带技术如此大的带宽使得其具有良好的时间解析能力，能够实现精确的测距与定位功能。超短脉冲定位器可以给出目标的相对位置，造价便宜，且其定位精度可达厘米级。超宽带无线定位技术成为未来无线定位技术的热点和首选。因此，研究超宽带无线定位算法具有重要的现实意义。本论文深入介绍了无线定位的基本理论、基本算法以及其定位性能，在此基础上提出了两种新的定位算法。论文的主要内容及所作贡献如下：
首先，论文简单介绍了超宽带技术、无线电定位技术以及超宽带无线定位技术的国内外研究进展与现状。研究表明，由于复杂多径和非视距(NLOS)的影响，UWB的定位精度很难达到其理论极限，因而选择性能代价比高的定位机制和节省能耗的定位跟踪算法是目前急需解决的问题。
其次，对现有无线定位方法进行了归纳与总结，阐述了现有的超宽带无线定位算法，并在此基础上提出了将遗传算法以及基于“APIT+TSE”的混合定位方法分别应用于UWB定位系统中对目标节点进行定位的方法。利用MATLAB仿真软件对几种算法的就定位精度、定位失败率、所需CPU计算时间等进行了仿真分析与综合比较，仿真结果表明了作者提出的两种方法均可以有效地提高UWB无线定位系统的定位精度。
再次，论文总结了UWB定位系统的主要误差源，提出了改善定位性能的方法与措施。
最后，论文展望了UWB无线定位系统的未来应用前景，探讨了论文研究工作的意义，然后提出了研究过程中有待进一步解决与研究的问题。
8.期刊论文 张华.宋正勋.石云.李娜.张福威.ZHANG Hua.SONG Zheng-xun.SHI Yun.LI Na.ZHANG Fu-wei 基于超宽带的TOA定位技术研究 -吉林大学学报(信息科学版))
为了寻求一种适合超宽带(UWB:Ultra Wild-Band)系统的定位方法,从传统的若干定位技术人手,深人分析了适合超宽带系统的基于到达时间的
TOA(Time of Arrival)方法,并给出了在无线传感器网络中UWB方式下的相对定位估计的理论分析和仿真结果,进一步证明了UWB系统采用TOA定位方式的优
包含各类专业文献、行业资料、外语学习资料、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、高等教育、中学教育、专业论文、UWB定位系统标签的设计与实现_图文15等内容。　
　Ultrasonic)技术、超宽带(UWB)和射频识别(RFID)技术...读写器和标签通过电场或者磁场藕合的方 式实现两者...的设计思想是采用额外的固定参考标签辅助定位, 通过... 　8 3 1. 系统概述 RFID 设备精确定位系统是通过远距离、非接触式采集电子标签的信息,实 现设备在移动状态下的自动识别,从而实现目标的自动化管理。该系统产品集计... 　相应的无线识别基 站、RFID 识别标签等设备与系统挂接,通过区域实时定位管理专用软件与主系 统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现区域目标的跟踪定位和安全... 　超宽带定位系统(高端高精度) Ubisense UWB 超宽带定位系统(高端高精度) 超宽带...实现房间和机柜级定位。 红外定位基站 红外定位器 红外定位标签 应用领域: 应用... 　码主要应用于出版社图书管理系统 正确√ 错误 3.低频标签一般为无源标签,其工作...定位精确是 UWB 的技术特点之一 正确√ 错误 20.为支持泛在的人与人、人与... 　物联网-基于物联网的物流定位与追踪系统的设计_生产/经营管理_经管营销_专业资料...元件实现 RFID 信号无接触读取,并在耦合通道中,使用防碰撞程序, 4 实现标签... 　的超宽带室内通信定位系统的设计与实现摘要:超宽带(UWB)技术在研究和应用领域...第一,为增加标签的可移动性、可携带性,及延长其 使用寿命,即降低标签的功耗,... 　非测距定位无需直接测量距离或角度信息,二叔根据目标...8.UWB 是一种无载波通信技术, 即它不使用载波, ...随机哈希锁并没有解决标签的位置隐私问题 正确 错误... 　A.射频识别 B.电话 C.传真 22.微波射频标签指的是( )的简称 A.超高频和...潜伏性 48.UWB 的技术特点有( ) A.系统结构实现比较简单 B.功耗低 C.安全...