锁相环优化超宽带定位算法

崔学荣，王永东，李 娟，李世宝

（1.中国石油大学（华东）海洋与空间信息学院，山东 青岛 266580；2.中国石油大学（华东）计算机科学与技术学院，山东 青岛 266580）

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随着互联网技术的迅速发展，无线定位服务给人们的生产生活带来很大的便利，如在工厂、仓库、商场等场合，人们对室内环境的定位需求越来越多。当前，全球定位系统（global positioning system,GPS）成为使用最频繁的定位技术。由于GPS 信号在到达地面时信号强度较弱，又容易受到建筑物的遮挡和反射，因此无法满足室内定位场景的需求。在包括诸如超宽带（ultra-wideband,UWB）、射频识别（radio frequency identification,RFID）、无线保真（wireless fidelity,WiFi）、紫蜂（ZigBee）、蓝牙（blue tooth,BT）、红外线和超声波等众多的短距离无线通信技术中，UWB 已成为新型无线通信技术的焦点。它凭借抗干扰能力强、多径分辨率高、发射功率低和结构简单易实现等优势在室内定位服务中脱颖而出。

UWB 凭借多径分辨能力强的优势，使用基于信号到达时间（time of arrival,TOA）和信号到达时间差（time difference of arrival,TDOA）方法，其是UWB 用来定位的最佳算法[1]。TOA 或TDOA定位方法的核心就是准确捕获接收到的脉冲信号。由于信号在传输过程中存在非视距（non line of sight,NLOS）误差、多径传播以及噪声干扰，信号到达接收端时容易发生畸变，TOA 估计需要的首达脉冲就会发生偏差。如何准确提取首达脉冲是值得深入研究的课题。

近年来，相干算法和基于能量检测的非相干算法[2]成为研究脉冲信号TOA 估计的主要方向。然而前者须处理的数据量明显多于后者，再加上UWB 信号带宽较大，也会增大接收端快速采样以及处理数据的难度，而且算法还需要精确的模板信号[3]，导致匹配模板的准确获取变得异常困难。……