UWB定位系统标签的设计与实现

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1、万方数据GPSGIS《微计算机信息》(测控自动化)2009年第25卷第9-1期文章编号：1008-0570(2009)09—1—0132-03UWB定位系统标签的设计与实现Ondesignandrealizationoftaginpositioningsystembasedonultrawidebandtechniq『ue(1．桂林电子科技大学；2．桂林航天工业高等专科学校)陈学卿l王玫l高凡2CHENXue-qingWANGMeiGAOFan摘要：介绍了一种UWB定位系统的结构．采用数字电路实现标签方法．叙述了电路的基本原理和核心

2、器件的主要性能和电路结构，并对试验电路进行了测试。测试结果表明该方案的简洁和有效。关键词：超宽带；定位；标签；数字电路；脉冲；纳秒中图分类号：TN784．1；TN722．7+5文献标识码：AAbstract：Inthispaper，thestructureofaUWBlocatingsystemisintroduced．Amethodoftagwhichisimpliedbydigitalcircuitispresented．Thebasictheoryandtheperformanceofthekeydevicearedescri

3、bed，andthecircuitdiagramisalsogiven．Andthetestcircuitistested．Theexperimentresultsareadvanced．Keywords：UWB；locating；Tag；digitalcircuit；pulse；nanosecond引言除了全球定位系统(GPS：GlobalPositioningSysteml在室外环境的定位应用外．人filx,-J室内定位、短距离测距等应用了解较少。未来无线定位技术的趋势是通过室内定位与室外定位相结合．实现无缝的、精确的定位。现有

4、的网络技术还不能完全满足这个要求，而由于超宽带(UWB：UhraWide--Band)技术具有功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位等优点．基于UWB的定位技术在众多无线定位技术中脱颖而出．成为当前无线定位技术的研究热点之一。1UWB定位系统简介UWB定位系统结构框图如图l所示：图1UWB标签定位系统结构框图系统采用基于锚的TDOA定位方案。系统由中央处理器．标签，三个基站构成。各个基站均与中央处理器相连，它们的位置固定并且已知，由基站到定位处理的传输时延也是已知的。标签的位置未知．每隔一定的时间发送定位信号。

5、系统工作流程是：l、标签向三个基站发送定位信号。2、各个基站检测到标签的定位信号后通过电缆给中央处理器发送信号。3、中央处理器得到三个时间差，也就可以得到三个双曲线陈学卿：硕士研究生基金项目：项目名称：UWB多点协同定位：基金颁发部门：国家自然科学基金委(60472091)方程，通过某种算法就可以求出标签的位置。从上面的工作流程可知，标签只有发射功能，基站只有接收功能，不再象文献那样需要FPGA来进行基带处理。下面介绍标签发射机的设计和实现。2标签发射机的设计与实现2．1产生纳秒级脉冲的方案选择标签发射机的核心是产生纳秒级脉冲。产生

6、纳秒级脉冲的方法很多，大致可以分为2类，一类是将各种高速器件等效成开关．从而利用储能元件充放电得到短持续时间的信号，再经过脉冲成形网络整形成满足要求的波形和电压足够高的脉冲。采用这种方法的核心是各种高速器件的选择和使用．包括光电器件和高速的电子器件。光导开关是利用半导体材料的光导效应制成高速开关。高速电子器件，包括隧道二极管、阶跃恢复二极管、雪崩晶体三极管、俘越二极管和脉冲放电管等。从目前国内可以生产的器件来看．隧道二极管是利用其特殊的能带结构产生隧道电流，可以得到脉冲振幅为几百毫伏。上升沿可达几十皮秒：阶跃管是利用电荷储存效应产生

7、阶跃恢复的性质．与电感构成振荡回路后可以生成振幅为几伏到十几伏的纳秒和亚纳秒脉冲：雪崩晶体管和俘越二极管是利用晶体管的雪崩击穿特性．生成脉冲振幅可达几十伏到几百伏：脉冲放电管是用高压电将火花隙击穿后产生电离．可以产生幅度超过几百伏的亚纳秒脉冲．不过这种电路存在重复频率较低和波形不稳定的问题。利用雪崩效应产生的窄脉冲通常需要较高的偏置电压并且脉冲幅度较高．一般较多应用于雷达信号。同时，出于对电路集成成本的考虑，需要有更简单、更适合与数字电路系统兼容的脉冲信号产生办法。另一类是采用数字逻辑器件来设计生成脉冲信号．包括晶体管一晶体管逻辑C

8、rrL)、发射极耦合逻辑(ECL)、金属氧化物半导体场效应管(MOS)、集成注人逻辑f12L)电路等。这类器件构成的电路具有结构简单、便于集成和系列化生产、成本低廉、使用方便等优点，在通信等科学领域得到广泛应用。rI’I'L电路具有价