基于扩频信号的高精度定位技术的研究

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1、基于扩频信号的高精度定位技术的研究摘要无线电定位技术，是指利用现有的无线通信网络资源，通过处理和计算移动终端接收到的各基站信号，得到一些固定测量值（时延差、载波信息等），然后根据网络或者移动终端中的定位算法，确定移动终端的位置。其中时间延迟估计是无线电定位技术的一个关键部分。扩频通信技术具有功率谱密度低、抗干扰能力强、可以实现码分多址等众多优点，在测距领域扮演重要角色，它的应用也越来越广泛。本文将扩频技术应用于无线电定位中，其中PN码的同步问题是重点和难点的技术之一。本文对无线电定位技术和扩频通信的相关理论进行了系统

2、的阐述，在时延估计方面进行重点研究。为了提高时延估计精度，本文在两个方面进行探讨，一种是基于最小二乘的非等量采样的方法，另一种是运用载波相位信息的方法。在采样速率与伪码速率成整数倍关系时，时延测量精度由采样率决定，这时存在采样模糊的问题。在这种情况下，本文探讨了一种基于最小二乘的非等量采样的伪码相位测量算法。在不提高采样速率的情况下，很大程度上提高了时延测量精度，而且能有效的消除噪声的影响。除此之外，本文还研究了一种运用接收信号载波相位信息来进一步确定信号延迟的方法。运用接收的来自不同基站的载波相位之间的关系，得到两

3、两基站之间的时延差相对于载波周期的非整数部分。因为载波周期很小，得到的时延差也会更精确，但是会出现载波周期模糊的问题。关键词：无线电定位；扩频通信；时延估计；非等量采样；最小二乘；载波相位第1章绪论1.1选题背景和意义定位，通常是指依据某种手段和方法确定目标在一个参考坐标系中的位置。在众多定位手段(超声、红外、激光、无线电等)中，无线电定位的应用最为广泛。无线电定位是通过测量目标发射或反射的电波参数(传播时延、信号强度、多普勒频移)，结合电波传播特性转换成为定位所需要的测量参数(距离、距离差、方位)，再利用多个(不少

4、于3个)位置信息已知的参考点建立解算方程组，从而获得目标的空间位置信息。无线电定位技术最初的产生是为了满足远程航海导航等的要求，而后随着无线网络通信技术的飞速发展，与定位有关的需求越来越大。近年来，随着无线电通信技术频段覆盖密度的增加与快递的发展，定位技术得到更深层次的应用，随之而来无线定位技术也渐渐成为了研究的热方向。由于无线定位利用的是无线电波，受气候条件影响较小，因此，它既是保障人类交通安全和从事军事活动的必要手段，也是在复杂条件下一种很有效的导航方法。无线电定位在现代社会中，特别是在信息化战争中发挥着越来越大

5、的作用，其运用覆盖军用和民用的各个领域。在军用和民用中都得到了广泛的应用，基于不同的定位原理研究出了如地面雷达、红外探测、光学探测、空中无人机、预警机、侦察机等在内的信息收集和目标探测系统。在上述定位系统中，有源定位由于需要自己发射电磁波而有着更加容易暴露自己的缺点。所以，被动定位逐渐成为人们研究的重点，世界各地都竞相发展起针对不同原理的定位技术和设备。无线电定位可分为卫星无线电定位和地面无线电定位。以GPS为代表的卫星无线电定位技术是将扩频技术应用其中，具有极高的抗干扰性和高精度、低成本等优点。但GPS系统对移动台

6、和网络的时间同步有较高要求，而且其精度随各个卫星的不同，而时时发生着变化。GPS卫星发射的信号在远距离传输过程中受到干扰很大，在大城市或山区，由于高层建筑物及树木等对信号的影响，也会导致信号的非直线传播，无法满足小范围内的高精度定位测量。为了满足一些具体的需求，从减少成本和提高定位精度的方面考虑，将无线电定位技术用于地面小范围定位系统中。本系统在发射信号类型和定位方式等方面与GPS技术类似，但又不同于卫星定位。地面无线电定位通过安装在地面的各个基站，发送比卫星定位系统强度高的无线电信号，以覆盖用户所在的区域。由于定位

7、范围较小，系统相对容易控制和操作，发射信号强度大，信号所受环境噪声变化较小，故定位结果更加精确，在区域内的定位应用中，具有很高的实用性。在定位技术中的时间延迟是表征信号的一个基本参量，对时间延迟及其有关参量估计的研究，一直是国际信号处理领域的一个十分活跃的研究课题，具有重要的理论意义和应用价值。一方面，对于时间延迟估计的研究有力地促进了数字信号处理、信号检测与估计、时间序列分析和自适应信号处理等理论的发展。而无线电定位计算中，各个基站信号到达用户的时延差是一个重要的参数，是其中的关键部分，其精度和效率直接影响着整个定

8、位系统的性能，所以对其进行进一步研究具有重要的理论意义和应用价值。1.2无线电扩频定位系统概述对于无线电信号的定位方式，按是否向被动目标主动发射电磁波，分成两类：主动定位和被动定位。第一类是基于网络的定位方案。由已知位置的基站(或称之为观测站)构成的定位网络，通过测量移动终端发出的电磁波到达观测站的有关参数来对移动站进行定位。通常定位网络需要一