發(fā)布時間：2021-02-21 14:55

　　信號到達(dá)角度（Angel of Arrival,AOA）估計在原始接收信號的重建和位置估計方面具有重要的實用價值,在雷達(dá)、聲納、航空航天和軍事偵察以及新時代智能生活等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。未來是物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與機器人的時代,隨動機器人可以保持對目標(biāo)精準(zhǔn)測距進而達(dá)到持續(xù)追隨跟進目標(biāo)的特性,可以做到大規(guī)模大批量地搬運任意物品,比如進行重物搬運以及軍事跟隨目標(biāo)進行武器運輸?shù)?不僅減少人力物力的消耗,還可以減少在運輸過程中的人身危險系數(shù)。本文對AOA估計的研究主要應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下近距離點對點跟隨系統(tǒng),鑒于超寬帶（Ultra Wide Band,UWB）信號具有抗多徑干擾能力強,角度分辨率高等特點,故選用UWB信號作為基礎(chǔ)信號來實現(xiàn)AOA估計。本文首先概述了AOA估計的應(yīng)用背景及使用UWB信號進行AOA估計的優(yōu)勢和相關(guān)理論基礎(chǔ)知識,之后從窄帶信號AOA估計出發(fā),研究了超寬帶信號的AOA估計方法,選用多重信號分類（Multiple Signal Classification,MUSIC）算法作為基礎(chǔ)算法,提出了基于信號到達(dá)時間（Time of Arrival,TOA）的AOA估計方案和基于信號到達(dá)... 

【文章來源】：海南大學(xué)海南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

UWB跟隨系統(tǒng)應(yīng)用Fig.1UWBfollowsthesystemapplication

海南大學(xué)碩士學(xué)位論文72AOA估計理論基礎(chǔ)信號到達(dá)角度（AOA）估計是信號處理領(lǐng)域的一個重要組成部分，它在無線通信、位置服務(wù)、陣列天線、雷達(dá)探測、聲吶、電子偵查等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，也是實現(xiàn)高靈敏度兩個物體之間跟隨移動形態(tài)場景的一個重要環(huán)節(jié)，本章從傳統(tǒng)的UWB定位跟隨系統(tǒng)的AOA估計出發(fā)，介紹了陣列信號的AOA估計原理，并對本研究相關(guān)算法及UWB系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識進行了簡要介紹主要內(nèi)容包括：AOA估計原理簡介、AOA估計算法簡介、UWB信號AOA估計系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型、影響AOA估計性能的因素等內(nèi)容。2.1AOA估計簡介2.1.1傳統(tǒng)的AOA估計原理圖2定位系統(tǒng)中AOA估計原理Fig.2AOAestimationprincipleinpositioningsystem使用AOA估計技術(shù)來實現(xiàn)點對點跟隨最大的優(yōu)點是所需基站比較少，在典型的跟隨系統(tǒng)中，只需要一個發(fā)射機配合兩個接收機，就可以確定發(fā)射機與接收機之間的位置方向，如圖2所示，使用信號到達(dá)時差（TDOA）或到達(dá)時間（TOA）估計可以確定發(fā)射機與兩個接收器的距離1d，2d再通過幾何關(guān)系關(guān)系計算出信號到達(dá)角度1，2經(jīng)一系列的算法優(yōu)化后得到標(biāo)簽于物體的距離和方位信息從而實現(xiàn)精準(zhǔn)跟隨（Cheng-xiaoWANGetal，2018）。此方法的缺點是定位精度與兩接收器之間的距離有關(guān)，且距離越大精度越高，在系統(tǒng)中需要將兩接收器安裝在同一物體上，才可以實現(xiàn)兩物體間的跟隨，此方案不利于安裝在小型物體上（徐哲超等，2020）。

基于UWB的AOA估計優(yōu)化方案的研究82.1.2陣列天線AOA估計信號到達(dá)角度（AOA）估計在陣列信號處理中又被稱為是波達(dá)方向（DirectionofArrival，DOA）估計是一種空間譜估計，空間頻譜表示各個方向的信號到達(dá)接收機時在空間中的分布情況，若能得到信號的空間譜，就可以得知信號的到達(dá)方向，故空間譜估計又稱DOA估計（Beulahetal，2020）。在陣列信號AOA估計中空間譜估計和自適應(yīng)波形設(shè)計是兩個主要研究方向。陣列信號處理是近年來迅速發(fā)展起來的一項交叉性學(xué)科技術(shù)，AOA技術(shù)的研究在陣列信號處理中具有重要意義，尤其是多信號源到達(dá)方向、相干信號源估計、UWB信號AOA估計等方面。AOA估計在雷達(dá)、聲納、通信、地震測量、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景（ShenChongetal，2019）。天線陣列模型的布置方式多種多樣，由于不同的天線布置位置會影響到陣列接收信號的數(shù)學(xué)模型，且在不同的應(yīng)用場景下對天線陣列模型也有著不同的要求，所以天線陣列類型也會影響陣列信號處理的方法。本研究使用陣列天線一是為了進行信號的AOA估計，其次還可以最大化減少接收機部署的個數(shù)，常見天線整列分布模型有任意型天線陣、均勻矩陣型天線陣、均勻圓型天線陣、L型天線陣、均勻直線型天線陣等。（1）任意型天線陣（ArbitraryArray）如圖3所示為任意型天線陣分布圖，有M個接收天線在x-y平面內(nèi)任意分布，其坐標(biāo)為),(mmmyxR，以坐標(biāo)原點O為參考點，信號到達(dá)角度可表示為),(mm，其中為仰角，為方向角。假設(shè)受多徑影響有L個信號從不同角度射入，則LM的天線流矩陣可表示為：),(...),(),(),(2211LLaaaA（2-1）第l條路徑信號的實方向向量可表示為：),(),(),(02010...),(lllllMljjjlleeea（2-2）其中cyxllmllmllmsinsincossin),(表示第m個接收天線的信號

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]超寬帶精準(zhǔn)實時定位系統(tǒng)的TDOA定位算法研究[D]. 朱振海.海南大學(xué) 2019
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[5]IR-UWB收發(fā)機系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]. 翟似禹.上海師范大學(xué) 2019
[6]基于UWB技術(shù)的井下定位系統(tǒng)接收機的研究[D]. 靳偉超.華北理工大學(xué) 2019
[7]超寬帶通信系統(tǒng)室內(nèi)密集多徑信道模型識別與參數(shù)估計[D]. 謝曉嬌.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[8]基于均勻線陣的寬帶信號DOA估計算法研究[D]. 張曉琳.河北科技大學(xué) 2016
[9]基于TOF測距的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究[D]. 車志平.大連理工大學(xué) 2016
[10]超寬帶探測室內(nèi)多徑傳播特性的研究與分析[D]. 韓文文.成都理工大學(xué) 2016



本文編號：3044513