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超宽带室内定位系统应用技术

作者: 赵红梅著

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2017-08

版次: 1

ISBN: 9787121325427

定价: 56.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 264页

字数: 412千字

正文语种: 简体中文

分类: 工程技术

44人买过

本书主要讲述基于脉冲超宽带无线通信技术的超宽带室内定位系统中的几大关键技术，包括有源标签设计、小型化超宽带天线设计、滤波器设计、室内电波传播建模及预测、室内定位系统基站设计分析、基于TDOA方法的高精度定位算法研究、移动目标跟踪定位算法研究等。本书基本涵盖了超宽带室内定位系统的整个系统设计内容，包括理论研究、硬件设计及软件设计等。赵红梅，女，1976年11月生，副教授，信息与通信工程专业工学博士，硕士生导师，郑州轻工业学院超宽带无线通信技术研究室学术带头人，河南省"超宽带无线通信技术”及郑州市"UWB实时定位系统”院士工作站院士助手，河南省优秀硕士学位论文指导教师，河南省仪器仪表学会常务理事，副秘书长；长期从事微带天线设计、超宽带无线通信技术等方向的研究；获河南省科技进步奖二等奖2项，厅级科技成果一等奖4项，通过省级科技成果鉴定10项，授权国家发明专利7项，主持及参与国家和省级项目8项，发表论文30多篇。   目前研究方向：微带天线设计、超宽带信号电波传播特性研究、超宽带室内定位技术研究第1章  绪论 1
1．1  无线定位技术简介 1
1．2  超宽带技术概述 3
1．2．1  UWB技术定义 4
1．2．2  UWB技术特点 5
1．2．3  UWB技术的应用 6
1．3  超宽带室内定位技术简介 7
1．3．1  超宽带室内定位原理及系统构成 7
1．3．2  超宽带室内定位系统的应用前景 9
1．4  超宽带室内定位技术现有产品 9
小结 11
参考文献 11
第2章  IR-UWB窄脉冲设计 13
2．1  超宽带脉冲的产生方法 13
2．2  常用的脉冲模板 16
2．2．1  高斯脉冲及其各阶导数 17
2．2．2  正交Hermiter脉冲 22
2．2．3  升余弦脉冲 25
2．2．4  基于窗函数载波调制的脉冲 26
2．2．5  小波脉冲 28
2．3  基于数字逻辑电路的窄脉冲的设计 34
2．3．1  利用模拟器件的特性产生窄脉冲 34
2．3．2  利用数字电路产生窄脉冲 37
2．4  基于双非门结构的窄脉冲的设计 41
2．5  超宽带脉冲信号的调制 45
2．5．1  脉冲幅度调制（PAM） 45
2．5．2  脉冲位置调制（PPM） 47
2．5．3  多址技术 48
2．5．4  TH-PPM脉冲序列的电路实现 51
小结 56
参考文献 57
第3章  小型化超宽带天线设计 59
3．1  小型化超宽带天线设计研究现状 60
3．2  天线基本理论概述 62
3．2．1  天线发展的历史 62
3．2．2  天线的基本电参数 62
3．2．3  天线的馈电方法 67
3．3  天线设计数值方法 68
3．3．1  矩量法 69
3．3．2  有限元法 69
3．3．3  时域有限差分法 70
3．4  小型化、宽带化天线设计方法 70
3．4．1  天线的小型化技术 71
3．4．2  扩展带宽的技术 73
3．5  不同结构的小型化超宽带天线设计 74
3．5．1  弧形贴片超宽带微带天线 74
3．5．2  超宽带宽缝隙天线 78
3．5．3  阶梯形超宽带微带天线 82
3．6  具有带阻特性的小型化超宽带天线设计 88
3．6．1  带阻特性的研究 88
3．6．2  倒U形带阻超宽带微带天线 89
3．6．3  倒叉形带阻超宽带微带天线 92
小结 96
参考文献 97
第4章  新型超宽带带通滤波器设计 100
4．1  超宽带信号频谱实现技术 100
4．1．1  带通滤波器实现频谱 101
4．1．2  上变频实现频谱 102
4．2  性能分析 103
4．2．1  交指耦合超宽带带通滤波器 103
4．2．2  槽线锥形谐振器 104
4．3  新型超宽带滤波器的设计 106
4．3．1  新型超宽带带通滤波器的设计思想 106
4．3．2  新型超宽带带通滤波器的设计与仿真 106
小结 108
参考文献 108
第5章  超宽带信道测量及建模 110
5．1  超宽带信号信道测量及建模方法研究现状 110
5．2  超宽带信道模型理论基础 112
5．2．1  大尺度衰落 113
5．2．2  小尺度衰落 113
5．2．3  超宽带标准信道模型 113
5．3  基于频域测量的超宽带室内―室外信道测量及建模 115
5．3．1  信道测量原理和环境 115
5．3．2  路径损耗及阴影衰落 117
5．3．3  信道冲激响应 123
5．3．4  信道参数 126
5．3．5  室内至走廊多径信道模型 129
5．3．6  信道特征参数 130
5．4  基于射线追踪方法的超宽带信道测量及建模 131
5．4．1  信道仿真原理和环境 131
5．4．2  空间功率分布 132
5．4．3  路径损耗及阴影衰落 133
5．4．4  室内及走廊的多径功率剖面 135
5．4．5  室内信道参数 137
5．4．6  室内到走廊多径功率剖面特点 139
5．4．7  幅度衰落特性 139
5．4．8  室内及走廊多普勒扩展 141
5．4．9  信道特征参数 142
5．4．10  实测和仿真结果的比较 142
小结 144
参考文献 145
第6章  超宽带室内定位系统接收机设计及分析 149
6．1　超宽带信号接收机设计简介 149
6．2　接收机同步原理 150
6．2．1　基于检测理论的同步方法 151
6．2．2  基于估计理论的同步方法 151
6．3　超宽带接收机原理及结构 153
6．3．1　相干接收原理和结构 153
6．3．2　自相干接收原理和结构 154
6．3．3　非相干接收原理和结构 155
6．4　方案设计 156
6．4．1　超宽带室内定位接收机射频端设计 158
6．4．2　可控积分检测电路设计 166
6．4．3　超宽带室内定位接收机数字端设计 170
小结 182
参考文献 182
第7章  高精度室内定位算法 185
7．1　UWB室内定位算法研究现状 185
7．2　常用定位算法简介 186
7．3　超宽带室内定位算法数学模型 188
7．3．1　TOA估计及其定位模型 188
7．3．2　DOA估计及其定位模型 189
7．3．3　RSS估计及其定位模型 190
7．3．4　TDOA估计及其定位模型 190
7．3．5　基于TDOA的UWB室内定位方案 191
7．4　超宽带厘米级室内定位算法设计 194
7．4．1　CHAN-TAYLOR级联定位算法 194
7．4．2　PLS-PSO混合定位算法 199
7．5　基于实际超宽带信道模型的定位算法设计 203
7．6　干扰对定位精度影响分析 209
7．6．1　信号模型 210
7．6．2　最佳二进制正交脉冲相位调制：2PPM-THMA 210
7．6．3　二进制反极性脉冲幅度调制：2PAM-THMA 213
7．6．4　仿真实验与讨论 214
7．7　移动目标的定位跟踪算法研究 218
7．7．1　常用的跟踪滤波算法 218
7．7．2　室内目标跟踪原理和模型介绍 222
7．7．3　无迹卡尔曼滤波算法仿真 223
7．7．4　强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波及其仿真 236
7．7．5　超宽带室内跟踪平滑算法分析 244
小结 250
参考文献
内容简介:
本书主要讲述基于脉冲超宽带无线通信技术的超宽带室内定位系统中的几大关键技术，包括有源标签设计、小型化超宽带天线设计、滤波器设计、室内电波传播建模及预测、室内定位系统基站设计分析、基于TDOA方法的高精度定位算法研究、移动目标跟踪定位算法研究等。本书基本涵盖了超宽带室内定位系统的整个系统设计内容，包括理论研究、硬件设计及软件设计等。
作者简介:
赵红梅，女，1976年11月生，副教授，信息与通信工程专业工学博士，硕士生导师，郑州轻工业学院超宽带无线通信技术研究室学术带头人，河南省"超宽带无线通信技术”及郑州市"UWB实时定位系统”院士工作站院士助手，河南省优秀硕士学位论文指导教师，河南省仪器仪表学会常务理事，副秘书长；长期从事微带天线设计、超宽带无线通信技术等方向的研究；获河南省科技进步奖二等奖2项，厅级科技成果一等奖4项，通过省级科技成果鉴定10项，授权国家发明专利7项，主持及参与国家和省级项目8项，发表论文30多篇。目前研究方向：微带天线设计、超宽带信号电波传播特性研究、超宽带室内定位技术研究
目录:
第1章  绪论 1
1．1  无线定位技术简介 1
1．2  超宽带技术概述 3
1．2．1  UWB技术定义 4
1．2．2  UWB技术特点 5
1．2．3  UWB技术的应用 6
1．3  超宽带室内定位技术简介 7
1．3．1  超宽带室内定位原理及系统构成 7
1．3．2  超宽带室内定位系统的应用前景 9
1．4  超宽带室内定位技术现有产品 9
小结 11
参考文献 11
第2章  IR-UWB窄脉冲设计 13
2．1  超宽带脉冲的产生方法 13
2．2  常用的脉冲模板 16
2．2．1  高斯脉冲及其各阶导数 17
2．2．2  正交Hermiter脉冲 22
2．2．3  升余弦脉冲 25
2．2．4  基于窗函数载波调制的脉冲 26
2．2．5  小波脉冲 28
2．3  基于数字逻辑电路的窄脉冲的设计 34
2．3．1  利用模拟器件的特性产生窄脉冲 34
2．3．2  利用数字电路产生窄脉冲 37
2．4  基于双非门结构的窄脉冲的设计 41
2．5  超宽带脉冲信号的调制 45
2．5．1  脉冲幅度调制（PAM） 45
2．5．2  脉冲位置调制（PPM） 47
2．5．3  多址技术 48
2．5．4  TH-PPM脉冲序列的电路实现 51
小结 56
参考文献 57
第3章  小型化超宽带天线设计 59
3．1  小型化超宽带天线设计研究现状 60
3．2  天线基本理论概述 62
3．2．1  天线发展的历史 62
3．2．2  天线的基本电参数 62
3．2．3  天线的馈电方法 67
3．3  天线设计数值方法 68
3．3．1  矩量法 69
3．3．2  有限元法 69
3．3．3  时域有限差分法 70
3．4  小型化、宽带化天线设计方法 70
3．4．1  天线的小型化技术 71
3．4．2  扩展带宽的技术 73
3．5  不同结构的小型化超宽带天线设计 74
3．5．1  弧形贴片超宽带微带天线 74
3．5．2  超宽带宽缝隙天线 78
3．5．3  阶梯形超宽带微带天线 82
3．6  具有带阻特性的小型化超宽带天线设计 88
3．6．1  带阻特性的研究 88
3．6．2  倒U形带阻超宽带微带天线 89
3．6．3  倒叉形带阻超宽带微带天线 92
小结 96
参考文献 97
第4章  新型超宽带带通滤波器设计 100
4．1  超宽带信号频谱实现技术 100
4．1．1  带通滤波器实现频谱 101
4．1．2  上变频实现频谱 102
4．2  性能分析 103
4．2．1  交指耦合超宽带带通滤波器 103
4．2．2  槽线锥形谐振器 104
4．3  新型超宽带滤波器的设计 106
4．3．1  新型超宽带带通滤波器的设计思想 106
4．3．2  新型超宽带带通滤波器的设计与仿真 106
小结 108
参考文献 108
第5章  超宽带信道测量及建模 110
5．1  超宽带信号信道测量及建模方法研究现状 110
5．2  超宽带信道模型理论基础 112
5．2．1  大尺度衰落 113
5．2．2  小尺度衰落 113
5．2．3  超宽带标准信道模型 113
5．3  基于频域测量的超宽带室内―室外信道测量及建模 115
5．3．1  信道测量原理和环境 115
5．3．2  路径损耗及阴影衰落 117
5．3．3  信道冲激响应 123
5．3．4  信道参数 126
5．3．5  室内至走廊多径信道模型 129
5．3．6  信道特征参数 130
5．4  基于射线追踪方法的超宽带信道测量及建模 131
5．4．1  信道仿真原理和环境 131
5．4．2  空间功率分布 132
5．4．3  路径损耗及阴影衰落 133
5．4．4  室内及走廊的多径功率剖面 135
5．4．5  室内信道参数 137
5．4．6  室内到走廊多径功率剖面特点 139
5．4．7  幅度衰落特性 139
5．4．8  室内及走廊多普勒扩展 141
5．4．9  信道特征参数 142
5．4．10  实测和仿真结果的比较 142
小结 144
参考文献 145
第6章  超宽带室内定位系统接收机设计及分析 149
6．1　超宽带信号接收机设计简介 149
6．2　接收机同步原理 150
6．2．1　基于检测理论的同步方法 151
6．2．2  基于估计理论的同步方法 151
6．3　超宽带接收机原理及结构 153
6．3．1　相干接收原理和结构 153
6．3．2　自相干接收原理和结构 154
6．3．3　非相干接收原理和结构 155
6．4　方案设计 156
6．4．1　超宽带室内定位接收机射频端设计 158
6．4．2　可控积分检测电路设计 166
6．4．3　超宽带室内定位接收机数字端设计 170
小结 182
参考文献 182
第7章  高精度室内定位算法 185
7．1　UWB室内定位算法研究现状 185
7．2　常用定位算法简介 186
7．3　超宽带室内定位算法数学模型 188
7．3．1　TOA估计及其定位模型 188
7．3．2　DOA估计及其定位模型 189
7．3．3　RSS估计及其定位模型 190
7．3．4　TDOA估计及其定位模型 190
7．3．5　基于TDOA的UWB室内定位方案 191
7．4　超宽带厘米级室内定位算法设计 194
7．4．1　CHAN-TAYLOR级联定位算法 194
7．4．2　PLS-PSO混合定位算法 199
7．5　基于实际超宽带信道模型的定位算法设计 203
7．6　干扰对定位精度影响分析 209
7．6．1　信号模型 210
7．6．2　最佳二进制正交脉冲相位调制：2PPM-THMA 210
7．6．3　二进制反极性脉冲幅度调制：2PAM-THMA 213
7．6．4　仿真实验与讨论 214
7．7　移动目标的定位跟踪算法研究 218
7．7．1　常用的跟踪滤波算法 218
7．7．2　室内目标跟踪原理和模型介绍 222
7．7．3　无迹卡尔曼滤波算法仿真 223
7．7．4　强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波及其仿真 236
7．7．5　超宽带室内跟踪平滑算法分析 244
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