基于IR-UWB技术的无线传感器网络定位研究

【摘要】无线传感器网络的应用前景非常广阔，而节点定位是其应用的前提。IR-UWB技术是一种新兴的无线通信技术，它利用纳秒级的窄脉冲来传输信息，具有高时间分辨率的特点，且不需要经过载波调制就能在频域上达到GHz的带宽，这些特点使得IR-UWB技术具有高精度测距能力和低硬件复杂度等特点，非常适合应用于无线传感器网络的物理层。在IR-UWB无线传感器网络中，为充分利用IR-UWB强时间分辨率的特点，定位采用基于TOA估计的测距来实现。本文主要对IR-UWB无线传感器网络定位关键技术中的测距模块进行了较为系统的研究。首先介绍了所做课题的研究背景及意义，分析了国内外IR-UWB无线传感器网络技术的研究现状；其次研究了IR-UWB系统的信号脉冲波形、调制方式、标准化工作及信道模型，对已有IR-UWB无线传感器网络定位技术进行了研究，并深入研究了基于到达时间估计的定位算法；最后对已有TOA估计算法进行了深入研究并对其性能时行了仿真比较。针对已有的TOA估计算法，本文提出了三种新的TOA估计算法，主要创新如下：1.针对长时间积分周期的MMR-TC算法不如短时间积分周期的MMR-TC算法性能优越，提出了在长时间积分周期MMR-TC算法的基础上重新对所检测到的能量块附近区域进行短周期能量积分检测，即新颖的基于能量检测的两步TOA估计算法，仿真结果显示测距精度有明显的提升，在CM1信道下其性能介于长积分周期MMR-TC算法和短周期MMR-TC算法之间，在CM2信道下其性能甚至能超越短周期MMR-TC算法，其算法复杂度、时间复杂度和空间复杂度小于短周期能量检测算法；2.提出了新的利用能量块最大值与均值之比来设置归一化门限的NMMR-TC算法，并对此算法进行了仿真分析，结果显示此算法与MMR-TC算法的性能不相上下；3.针对NMMR-TC算法在CM1信道高信噪比下性能不如MMR-TC算法优越，结合新提出的MEAN-TC算法合并成MAX-MEAN-TC算法。仿真结果显示此算法能达到较优的性能。
【作者】李艳艳；
【导师】钱志鸿；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】脉冲超宽带；无线传感器网络；定位；TOA估计；

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