带改进AGC系统的IR-UWB无线定位接收机的设计与实现.
基于UWB的无线定位算法的研究与实现的开题报告
基于UWB的无线定位算法的研究与实现的开题报告一、选题的背景和意义随着物联网技术的快速发展，各种应用场景需要实现高精度的室内和室外定位，例如智能家居、智能楼宇、室内定位导航等。
传统的定位技术，如GPS和蓝牙定位，室内、室外精度受限。
而基于超宽带技术（Ultrawideband，UWB）无线定位技术具有多径效应、高精度、低功耗等优势，被认为是室内、室外高精度定位的有效解决方案。
因此，本文选题研究基于UWB的无线定位算法，在已有的基础上，对其进行深入研究和实现，旨在提高定位精度、减少误差，并广泛应用到各种实际场景中。
二、选题的研究内容1. UWB技术原理和发展背景的调研和了解。
2. UWB大量数据的采集和处理，包括信号采样、信号处理、信号的相关统计和频谱分析。
3. UWB信号传输模型的建立和实现，包括多路径传输模型、时间和距离的对应关系、信号的细节处理等。
4. 设计和实现基于UWB的无线定位算法，包括距离测量、定位算法、和误差校正方法的理论分析和实验验证等。
5. 系统性的分析和比较各种UWB无线定位算法的优缺点，并与其他定位技术进行比较。
6. 在实际应用中，对于定位精度、稳定性、实时性的要求，进行实际应用测试和调整。
三、选题的研究方法和技术路线1. 调研和了解各种UWB技术的发展状况和原理。
2. 设计并实现基于UWB的信号采集系统，采集大量数据。
3. 对采集得到的数据进行信号处理和分析，建立信号传输模型。
4. 设计并验证基于UWB的无线定位算法，对其进行优化。
5. 进行全面的实验分析，验证算法的有效性和准确性。
6. 对于实际应用场景进行测试调整，以提高定位精度、实时性和稳定性。
四、选题的预期目标和成果预期目标：设计并实现了基于UWB的无线定位算法，提高了定位精度、减少了误差，并在实际应用测试中得到了广泛应用。
预期成果：1. 具有一定实用价值的UWB无线定位算法原型实现。
2. 全面的UWB技术调研和了解报告。
卫星导航抗干扰接收机AGC电路模型分析与优化设计方法
卫星导航抗干扰接收机AGC电路模型分析与优化设计方法李柏渝;唐小妹;聂俊伟;刘哲【摘要】To support strong interference signal input under "navigation warfare" scenarios,navigation receivers are requested for increasing dynamic range in analog channels.Under the given constraint condition of signal to noise ratio deterioration,a two-dimensional curve model to offer a method for dynamic range optimizing and stage gain design was put forward by the legacy analysis method.However,this method was only applicable for the AGC(automatic gain control) circuits that the output power was basically stable.A solving model involving the three-dimensional curve based on the extra parameter called the rollback value of the AGC output power was put forward.The model revealed the relationship between the circuit parameters and the dynamic range of analog channel and it is suitable for the AGC circuits with variable output power,which can achieve a larger dynamic range.To reduce the complexity of the parameter calculation in the three-dimensional model,the complex numerical solution to linear equation solution according to the features of pure attenuation network was simplified.This simplification can substantially reduce the design complexity.Test results of dynamic range are in good consistence with the expectation in practical designs,which proves the accuracy of the analysis model.%为适应"导航战"下的强干扰输入,导航接收机对模拟信道的动态范围提出了更高的要求.在给定的信噪比恶化容限约束下,原有的分析方法给出了二维曲线分析模型,得到了动态范围的优化设计及各级增益划分方法,但仅适用于输出功率基本不变的自动增益控制电路.基于增加的自动增益控制输出回退功率这一参数,提出了一种三维曲面求解模型,揭示了各电路参量与模拟信道动态范围的约束关系,可适用于输出功率变化的自动增益控制电路,以实现更高的动态范围.针对三维模型中参数求解复杂的问题,利用纯衰减网络的特性,将复杂的数值求解简化为直线求解,大幅降低了设计复杂度.在给出的设计实例中,动态范围测试结果与设计预期吻合较好,验证了方法的正确性.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】6页(P25-30)【关键词】导航接收机;抗干扰;大动态范围;通用设计方法【作者】李柏渝;唐小妹;聂俊伟;刘哲【作者单位】国防科技大学电子科学学院,湖南长沙 410073;国防科技大学电子科学学院,湖南长沙 410073;国防科技大学电子科学学院,湖南长沙 410073;国防科技大学电子科学学院,湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TN914.42在“导航战”的强干扰背景下，接收机模拟信道入口处电平的波动可能达到几十分贝。
基于UWB的室内定位系统设计与实现共3篇
基于UWB的室内定位系统设计与实现共3篇基于UWB的室内定位系统设计与实现1概述室内定位系统是近年来研究和发展的热门领域之一。
随着智能手机、物联网以及智能家居等技术的迅速发展，室内定位解决方案已经成为实现室内导航、路径规划、资源管理、物品定位等应用的重要技术手段。
在这篇文章中，我们将讨论基于超宽带（UWB）技术的室内定位系统的设计和实现。
超宽带（UWB）技术简介超宽带（UWB）是一种无线通信技术，以其高速数据传输、低功耗、准确定位、强抗干扰等优点在室内定位方面得到广泛应用。
UWB技术的主要特点是它在超宽的频率范围内发送短脉冲信号。
根据这些脉冲信号的传播时间和到达位置，可以计算出接收器到发射器之间的距离。
利用多个发送器和接收器，就可以在室内快速准确地计算出移动物体的位置。
UWB室内定位系统设计UWB室内定位系统的主要设计包括传感器、接收器、算法和通信。
传感器用于检测物体的位置和移动信息，接收器接收传感器发送的信号，并利用算法计算物体的位置并输出。
通信模块用于向外传输数据和控制信号。
为了实现高精度的室内定位，需要设计合适的算法和动态定位算法，同时需要开发强大的软件和固件。
UWB室内定位系统实现UWB室内定位系统的实现需要以下步骤：1.硬件设计和制造硬件设计和制造是UWB室内定位系统实现的第一步。
需要想好传感器和接收器的数量和位置关系，确定射频模块、微控制器、通信模块等硬件的选型，并根据实际需求制造。
同时需要根据传感器和接收器的相关参数进行计算，诸如耦合效应、信噪比、定时误差等等。
2.软件设计和实现软件设计和实现是UWB室内定位系统实现的核心部分，它主要针对UWB 室内定位算法和动态定位算法等进行开发。
常常需要考虑到实时性和实时数据处理，因此需要使用高效可靠的算法和数据结构来优化计算速度和数据精度。
3.系统测试和调整系统测试和调整是UWB室内定位系统实现的最后一步。
需要对系统进行全面的测试，包括硬件、软件、通信等部分。
IR-UWB接收机性能的分析与比较的开题报告
IR-UWB接收机性能的分析与比较的开题报告一、选题背景与意义IR-UWB（Impulse Radio Ultra-Wideband）是一种窄脉冲宽带信号技术，具有传输速率高、抗干扰能力强等特点，已经广泛应用于短距离高速数据传输、宽带雷达、精确定位等领域。
其中，IR-UWB接收机是实现IR-UWB通信系统的关键部件，其性能直接影响整个系统的传输效率和可靠性。
因此，分析与比较IR-UWB接收机性能具有重要意义，能够为优化IR-UWB通信系统的设计和性能提高提供指导。
二、研究目标本文旨在对IR-UWB接收机的性能进行分析与比较，并对不同接收机结构的优缺点进行评估。
具体研究目标如下：1. 研究IR-UWB接收机的相关理论知识和基本原理。
2. 提出不同IR-UWB接收机结构，并分析各自的优缺点。
3. 对比不同IR-UWB接收机的性能指标，包括灵敏度、带宽、噪声与抗干扰能力等。
4. 分析IR-UWB接收机与其他接收机结构的优劣势，如传统窄带接收机、OFDM接收机等。
5. 对IR-UWB接收机的未来发展趋势进行展望。
三、研究方法本文主要采用以下研究方法：1. 文献综述法：通过查阅相关文献，对IR-UWB接收机的相关理论知识、发展历程、优缺点等方面进行综述，明确研究方向。
2. 数学分析法：通过数学方法分析IR-UWB接收机的灵敏度、带宽、抗噪声和抗干扰能力等性能参数，以及与其他接收机结构的比较。
3. 模拟仿真法：使用MATLAB等仿真软件对IR-UWB接收机的性能进行模拟仿真，验证理论分析结果的正确性。
4. 实验验证法：利用现有实验平台对IR-UWB接收机的性能进行实验验证，并与仿真结果进行比较，以进一步验证结果的正确性。
四、预期结果本研究的预期结果如下：1. 分析IR-UWB接收机的基本原理和性能指标，提出不同接收机结构的优缺点。
2. 对比不同IR-UWB接收机的性能指标以及与其他接收机结构的比较，找出适用于不同应用场景的IR-UWB接收机结构。
基于高速ADC和FPGA的IR-UWB相干接收机设计-
基于高速ADC和FPGA的IR-UWB相干接收机设计-基于高速ADC和FPGA的IR-UWB相干接收机设计随着无线通信技术的不断发展和应用，越来越多的无线通信系统出现在我们的生活中。
其中，IR-UWB（Impulse RadioUltra-Wideband）相干接收机因其独特的信号特性和出色的抗多径干扰能力，被广泛应用于雷达、通信和定位等领域。
基于高速ADC和FPGA的IR-UWB相干接收机设计，是近年来大家关注的一个研究方向。
其中，高速ADC作为数据采集设备，可实现高精度的数字化信号处理；而FPGA则可实现高速、高效、灵活的信号处理，具有很高的技术实践价值。
该接收机的原理是，将IR-UWB信号在发送端进行脉冲调制，成为带有调制信号的超短脉冲序列。
接收端采用相干接收方法，通过混频和放大等步骤，实现对该信号的接收和解调。
其中，高速ADC是该接收机的核心采集设备。
高速ADC以其高采样率、高精度、高灵活性等优点，实现对IR-UWB信号的高精度采集和数字处理。
此外，高速ADC还可以实现时域采样和频域采样，可适用于不同的信号处理应用。
接收机的FPGA芯片则是该系统的控制核心。
通过FPGA的可编程逻辑，即可实现对IR-UWB信号的采集、数字信号处理、解调和显示等多个功能。
在FPGA芯片中，用户可根据需要设计相应的图像处理流程，使得该接收机具备高效率、低成本、可靠性高、实用性强的特点。
总体来说，基于高速ADC和FPGA的IR-UWB相干接收机，具有体积小、功耗低、响应速度快等特点。
该接收机在工业监控、智能制造、安防监控等领域，有着广泛的应用前景。
因此，未来随着技术的不断创新和进步，该接收机的性能将会不断提高，有更加重要的意义。
关于IR—UWB接收机技术的研究
式 中 的信道增 益 口及 信 道 时 延 ｒ都 取 决 于 发
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２０ ０６
文 章 编 号 ：０８一￣ｏ （ｏ６ｏ １０ ４ ２２ｏ ）３—０４ ３６—０ ３
关于 Ｉ Ｒ—Ｕ ＷＢ接 收 机 技 术 的 研 究
赵 烨 王艳丽 杨建华 ， ，
（． １合肥工业大学计算机与信息学 院． 安徽 合肥 ２００ ； ． ３０９ ２佳木斯 大学理学院 。 黑龙江 佳木斯 １４１ ５（￣）
ｒ ￡ （ ）＋， ｔ （ ）＝ ￡ ｌ ） （ （） １
式 （） ３ 信号 的最佳 检 测 采 用 最大 似然 准 则 ；
它从 个可能的发射波形中选择使条件概率 Ｐ Ｚ （ Ｉ （） 最大的那个波形作 为输 出． ￡） 通过使用最大 似然准则 ， 最佳接收机工作 过程 如下 ： １ 接收波 （）
形 ｒ ￡ 分 别与 个 可 能发 射波形 ｓ （） 行互 相 （） ￡进
其 中 ｎ ￡ 常是 热 噪 声 ； （ ）为 发 射 信 号 （）通 ￡ ｓｔ 经 时延 和衰 减之后 的信 号 ， （） 即
ｒ￡ （ ）＝ 口 （ —ｒ ｓｔ ） （） ２
关， 得到 个互相关值 ；２ 从每个互相关值 中减 （） 去 ，， ２得到 个相关器的输出值 ；３ 选择 个 （）
检测器 ． 相关器的作用是将式 （） １ 所示 的接收信号 变为一组判决变量 ｛ ｝检测器的作用是根据观测 ｚ，
IR-UWB数字相干接收机的硬件电路设计
依材料不同各异，通常金属析出过电位与氢析出过电位相 反。 (3) 基体材料表面状态的影响。
光滑、洁净→有利于覆盖
粗糙、油污→不利于覆盖
2.2 改善覆盖能力的因途径 针对上述的影响因素，可以采取以下措施来改善镀层的覆
盖能力。 (1)施加冲击电流。冲击电流是指在电镀开始通电的瞬间，给 镀件通以高于正常电流密度数倍甚至数十倍的大电流，形成 瞬间比较大的阴极极化，使被镀零件表面瞬间被一薄层镀层 完全覆盖，然后再降至正常电流密度值继续进行电镀。 (2)增加预镀工序。在进行正常电镀之前，预先在一定组成的 镀液中电镀一种薄层镀层，该镀层可以是与正常镀层相同的 金属层，也可以是其他金属层，但应使正常镀层在其上容易 析出。后一种情况的例子是黄铜件镀铬前的预镀镍层，这是 因为铬在镍上比在黄铜上更易于电沉积的缘故。
图1-1远、近阴极电解槽
根据欧姆定律：
I V R
近阴极的电流 I1 =
V R电液1 R极化1
远阴极的电流 I2 =
V R电液2 R极化2
I1 R电液2 R极化2 I2 R电液1 R极化1
（1-1） （1-2）
(1-3)
1.1.1 初次电流分布
假设阴极极化不存在时的电流分布为初次电流分布，
为了提出电解液分散能力的数学表达式，首先讨论电流在阴 极表面分布的问题。当支流电通过电解槽时，可能会遇到三部 分的阻力：
1 金属电极的欧姆电阻：R电极
2 电解液的欧姆电阻： R电液
3 发生在固体电极与电解液（金属/溶液）两相界面上的阻力 （阻抗）R极化
这种阻力是由于电化学或放电离子扩散过程缓慢引起的，就 是由于电化学极化和浓差极化造成的。可等效的称为极化电阻。
基于IR-UWB的无线传感网络定位技术的研究
出基 站到移动台的精确距离 。双 向测距 原理是 由基站发出无 线 电波 ，移动台接收到基站发送 的无 线电波后 ，然 后回送 到
线传 感 网络 对 自身传 感器 节 点 的定 位 问题 ，另一 类 则 是 无 线 传感网络对外 部节 点的定位与跟踪 问题。
、 （ ／ ≥ ／ ＾ ）
—
２— ；＝一 ｐ ｘ２ｒ中 Ｃ是光速 ， Ｎ Ｓ Ｒ是信噪比， 是有效 （ 均方根） 号带宽 ， 信
无线传感 网络技术又 是当今 多学科前沿 技术的研 究热点
之 一 ，此 项 技 术 融合 了无 线 传 感 器 ，嵌 入 式 ，无 线 传 感 网络 技
（ ）基 于 Ｔ Ａ的超 宽带 测距 技术 二 Ｏ
基 于 时 间 到 达 （ Ｏ ）定位 基 本 分 为 两 个 步 骤 ：一 ，测 量 ＴＡ 并估 计 出各 个 锚 节 点 和 定 位 目标 之 间 的 到达 时 问 Ｔ Ａ 这 个 过 ０， 程 是 测 距 过 程 ；二 ，根 据 测 量 到 的 Ｔ Ａ建 立 方 程 ，求 解 得 到 ０
定位 （Ｓ Ｉ 。 Ｒ Ｓ ） 对于基于非测距 的定位 技术 主要有：质心算法 ，Ｄ — Ｏ Ｖ ＨＰ
：
ｌ （ｌ Ｉ Ｉ） 毫 ＿ 厂ｌ Ｉ厂 ‘
其中：Ｓ ，） （ 是传输信号的傅立叶变换。
不 同基 于 Ａ Ａ和 Ｒ Ｓ 测 距 定 位 方 法 ， 于 时 间到 达 的 方 Ｏ ＳＩ 基 法 可 以通 过增 加信 噪 比或有 效信 号带 宽来提 高精度 。由于 Ｉ— Ｗ Ｒ ＵＢ信 号具 有 很 宽 的带 宽 （ ５ ０ ｈ ） ≥ ０ Ｍ ｚ ，所 以利 用 基 于
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带改进AGC系统的IR-UWB无线定位接收机的设计与
实现
脉冲超宽带(IR-UWB)信号具有衰减小、穿透性强、定位精度高、多径分辨率高等优点，能够有效改善室内定位的效果。
近年来，IR-UWB定位技术既克服了GPS信号强度不足以穿透建筑物的缺点，又避免了蜂窝通信室内定位系统的多径效应和非视距传播的影响，因此IR-UWB定位技术成为室内定位技术的研究热点[1]。
IR-UWB信号采用基带窄脉冲作为信息的载体，常用的脉冲信号接收方法统分为相干接收和非相干接收两类。
其中非相干接收是将接收信号进行非相干解调(如包络检波、平方律检波)，不需要产生本地模板信号，对定时恢复精度要求低，且结构简单[2]。
本文在非相干接收机系统中加入了脉冲AGC模块，目的是用来保证各个接收机不会受多径效应或者发射机距离远近的改变所引起的幅度变化的影响，保持幅度平稳，从而减少抖动，避免影响到后续电路。
但脉冲工作方式下的AGC系统较为少见，因此首先对连续工作方式下的AGC进行了改进，从而设计出了带改进AGC的IR-UWB无线定位接收机系统。
通过硬件设计和实现，表明了这种无线定位接收机系统工作稳定，精度较高，达到了设计要求，是一种较为理想的无线接收机模型。
1 接收机系统模型
在目前常用的定位算法中，TOA与TDOA方法比较适合IR-UWB定位[3-4]，本文设计的接收机采用TDOA方式。
TDOA方式是通过数台彼此相邻的接收机接收来自标签发送的信号，计算到达时间，再计算各个接收机的到达时间差，最后通过双曲线定位算法来确定标签位置，因此TDOA方式也叫双曲线定位技术，如图1所示。
本文采用的系统结构如图2所示。
该系统由需要定位的标签Tag(发射机)、定位接收机(BS1、BS2、BS3)、时间差计数器Counter和后端服务器组成，每个接收机坐标已知。
定位过程为:取BS1为主接收机，BS1与BS2、BS3距离分别为4 m，且成等边三角形排列。
Tag在4 m×4 m范围内移动，不断发出频率10.7 MHz的超宽带脉冲，3个接收机分别从接收到的信号中提取的信号到达时间，送入时差计数器。
设定BS1最先接收到的信号，然后计数器记录下后续到来的BS2和BS3与BS1的到达时间差，再送入后端处理器中，通过定位算法得出标签Tag的具体坐标值。
参考文献[5]中设计的接收机是最初的设计，此时并未包括AGC模块，其组成框图如图3所示。
测试中采用的脉冲发射机发出的是工作宽度为950 ps，频率为10.7 MHz的周期脉冲信号。
在室内视距环境下，发现锁相环输出的波形拉开前沿时有明显的抖动，按照电磁波传播速度，信号每抖动1 ns的宽度，定位时就产生30 cm的误差。
而导致这种抖动的原因是发射机的不断移动和室内传播的多径效应。
本文对上述系统模型进行了改进，加入了改进的脉冲AGC模块，如图4
所示。
这种设计的目的是用来保证各个接收机不会因为多径效应或者发射机距离的改变引起幅度变化，保持幅度平稳，从而减少抖动，避免影响到后续电路。
2 改进AGC的设计
2.1 AGC简介
自动增益控制（AGC）系统是一个在电子学领域中应用很广的系统，在广播、电视、通信和雷达接收机中几乎都不可避免地被采用，并且对于这些接收机的性能有着重要影响[6]。
其作用是：当输入信号很弱时，接收机的增益大；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。
这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。
在常用的通信接收机中主要用的是连续工作状态，因此连续工作方式的AGC获得了较多的应用。
对于IR-UWB信号，它发射的是二阶高斯脉冲信号，而接收机接收的实际上是三阶高斯脉冲信号，即整个定位系统工作的信号是高斯脉冲信号，如果将通常的AGC系统直接应用于脉冲信号接收，效果不是很理想，同时对器件也提出很高的要求。
因此首先对AGC做了一定的改进。
2.2 IR-UWB接收机AGC的设计思想
对于超宽带通信系统，接收机检测技术和在距离发生变化时如何控制增益是其中的难点和重点[7]。
超宽带信号在时域上是极窄脉冲，在频域上有着类似高斯白噪声的特性，而且发射功率极低，频谱极宽。
图5是接收机所接收的信号，不难发现在接收的信号当中，由于有谐波分量的存在，表现出完整的包络特性，这个经过检波后输出的包络仍然是一个不完整的脉冲波形，只是其中包含所需要的10.7 MHz基波和大量的谐波,并且观测到频率为10.7 MHz的点幅度最大,即这一点能量最高,而系统所要的就是10.7 MHz的计时脉冲。
改进AGC 的设计思想就是把这个10.7 MHz的基波分量提取出来，成为一个10.7 MHz的正弦波，作为可调增益控制放大器(VGA)的输入信号，这样即使是脉冲超宽带信号也可以用连续自动增益控制系统来实现。
2.3 元件选取与测试
选用了Analog公司的芯片AD8368作为主要AGC控制芯片来实现大范围的超宽带接收机AGC控制，它是一个兼有VGA和AGC功能的高集成度中频放大器[8]。
AD8368通过增益控制接口可分别在增益上升和增益下降两种模式中工作。
在增益上升模式（MODE接高电平）时，增益随着增益控制电压的升高而增大；而在增益下降模式（MODE接低电平，通常接地）时，增益减小。
但不管在哪种模式，它在-12 dB~+22 dB增益范围内都可以按照37.5 dB/V精确调整，且一致性误差极小，增益电压范围从100 mV~900 mV，由于单片AGC内部集成VGA和精确平方律检波器，因此可以方便地构成单片AGC环路。
AD8368芯片MODE置于上拉和下拉电平时的增益控制方程如下：
GaubHIGH(dB)=37.5×VGAIN-14, GainLOW(dB)=-38×VGAIN+24.8
图6为AD8368的增益控制图。
当增益电压VGAIN在0.5 V左右时，增益大约是5 dB，处于增益上升和增益下降两种模式线性区域的交点,因此将增益电压调至该点附近。