基于智能天线的定位算法的研究

论文摘要

随着智能天线理论和阵列信号处理技术的不断发展,基于智能天线定位技术的研究和应用越来越广泛,在雷达测向、导航制导和移动通信等领域中都具有极其重要的意义,受到了国内外学者的广泛关注。智能天线技术能够针对正在变化的信号环境产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号的波达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号的波达方向,达到增强期望信号,抑制干扰和噪声的目的。与其他技术相比较,智能天线在定位系统中的应用以其突出的优势具有十分广阔的发展前景。本文详细阐述了智能天线技术的原理、分类及发展趋势,并深入研究了采用智能天线定位的关键技术。分析了目前定位技术的需求领域,深入研究了智能天线中的无线定位算法以及所面临的主要问题。针对单站的情况,采用测向和测距相结合的定位思想,以到达时间(TOA)和波达方向(DOA)估计联合定位为基本方法,设计了基于智能天线技术的无源定位平台,可使单站对多个信源进行定位。一方面,利用DOA估计算法确定了信源方向；另一方面,设计了以到达时间为关键参数的测距方案,给出了信号处理模型,采用自适应波束形成算法用以恢复接收到的信源发送的测距信号。分析了在不同数目信源的情况下,测距方法的性能。对于单目标信源,对不同波束形成算法进行了比较研究,仿真验证了其提取期望信号算法的有效性；对于多目标信源,针对传统算法会出现的重复收敛于某一信号的问题,提出了一种多信源最小二乘恒模算法,不仅能有效分离所有的有用信号,而且可以很好地防止各信源信号间同时接收造成的干扰,收敛速度快、性能稳定,因而能够有效地提高系统性能,具有较强的实用性。仿真实验结果表明,本文提出的基于波束形成的测距算法的优势性和有效性为定位平台的实现提供了理论依据,具有一定的理论价值。本文所提出的基于智能天线技术的定位平台的设计方案,采用智能天线与软件无线电相结合的设计思想,利用中频带通采样数字化结构设计了定位平台硬件系统的各个功能模块。该定位方案能够对远距离目标进行定位,使系统达到较高的定位精度并获得稳定的系统性能,因而对工程实现具有一定的实际意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 智能天线技术概述
• 1.2.1 智能天线的基本概念
• 1.2.2 智能天线的分类
• 1.3 采用智能天线定位的优势
• 1.4 智能天线技术的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 定位算法
• 2.1 无线定位的基本方法
• 2.1.1 测向交叉法
• 2.1.2 到达时间定位（TOA）
• 2.1.3 时差定位（TDOA）
• 2.1.4 多普勒频差定位（FDOA）
• 2.1.5 基于场强的定位法
• 2.1.6 GPS辅助定位（A-GPS）
• 2.1.7 混合定位
• 2.2 定位算法选择方案
• 2.2.1 采用DOA估计的测向方法
• 2.2.2 采用TOA的测距方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 DOA估计测向算法
• 3.1 DOA估计的传统法
• 3.1.1 Bartlett波束形成器
• 3.1.2 Capon波束形成器
• 3.2 DOA估计的子空间法
• 3.2.1 MUSIC算法
• 3.2.2 ESPRIT算法
• 3.3 最大似然法
• 3.3.1 确定性最大似然法
• 3.3.2 随机性最大似然法
• 3.4 本章小结
• 第四章 电波测距方法
• 4.1 测距方法的设计原理
• 4.2 TOA测距法的技术难点
• 4.3 测距方法的实现结构
• 4.3.1 信源发送信号的模型
• 4.3.2 信源发送信号的产生
• 4.3.3 接收信号的恢复
• 4.4 测距算法的基本模型
• 4.5 测距算法的基本准则
• 4.5.1 最小均方误差准则
• 4.5.2 最大信噪比准则
• 4.5.3 线性约束最小方差准则
• 4.5.4 最大似然准则
• 4.6 测距算法的选择
• 4.6.1 单信源测距算法
• 4.6.2 多信源测距算法
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于智能天线的定位系统设计
• 5.1 智能天线定位系统的总体框架
• 5.2 定位系统设计原理
• 5.2.1 软件无线电的概念和特点
• 5.2.2 软件无线电的结构思想
• 5.3 硬件平台的分析与设计
• 5.3.1 无线接收模块
• 5.3.2 数据采集与传输模块
• 5.3.3 信号处理模块
• 5.4 信号处理频谱流程
• 5.5 本章结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢