本发明专利技术提供了一种基于超宽带的室内导航与通信一体化方法，将三台发射机分别布置建筑物内部三个角上，离室内地面垂直距离高于2米，且处于同一水平面，另外一台发射机在室内的另一个角上的地面上；发射机发射超宽带信号，移动接收机进行捕获和跟踪发射端所发射的信号，最终解算出接收点的位置。本发明专利技术集导航与通信功能于一身，满足UWB高速无线通信和精密定位的需要，同时达到整合资源、功能扩展、降低功耗体积等目的。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种，将三台发射机分别布置建筑物内部三个角上，离室内地面垂直距离高于2米，且处于同一水平面，另外一台发射机在室内的另一个角上的地面上；发射机发射超宽带信号，移动接收机进行捕获和跟踪发射端所发射的信号，最终解算出接收点的位置。本专利技术集导航与通信功能于一身，满足UWB高速无线通信和精密定位的需要，同时达到整合资源、功能扩展、降低功耗体积等目的。【专利说明】
本专利技术涉及一种定位与通信方法。
技术介绍
超宽带（UWB-Ultra Wideband)技术是近年来发展起来的一种无线电技术，超宽带 技术以其传输速率高、抗干扰能力强、定位精确、功耗成本低等显著优点成为室内定位和高 速无线通信中的热门技术。 信号体制是无线导航定位和通信系统技术体制最重要的组成部分之一，它以信号 为载体，作为系统中发射机、接收机以及监控部分之间协调工作的纽带，关系到系统定位、 授时和高速通信等基本功能以及定位测速授时精度、兼容和互操作性、保密性、抗干扰能力 等关键性能和指标的实现。一个设计合理、性能完善的信号体制，在无线导航定位和通信系 统中有着非常重要的位置。 导航通信一体化有广泛的应用前景，特别是对动态系统的位置信息的回传和命中 目标的能力评估；对海上渔船遇险呼叫、抢救和无光缆及无移动通讯的边远地区的通信的 应用均有重大的实用价值。 对室内定位系统的研究，已经有近30年的历史，总结起来，室内定位系统依赖的 技术主要有超声波、红外线等。超宽带（Ultra Wide Band，UWB)技术以其传输速率高、发射 信号功率小、信号功率谱密度低、抗多径干扰性能强等特点，将超宽带技术应用于室内定位 系统中，能够使系统在标识大小、功耗、造价、精度、实时性、通信能力以及可扩充性能等方 面得到大幅度提升。美国、加拿大、英国等发达国家近年来投入了大量的人力和物力来对相 关技术和产品进行研究和开发。Localizers系统是由美国AETHER WIRE&L0CATI0N开发的 室内定位系统。待定位的超宽带接收机和几个参考定位的收发信机之间进行脉冲通信，通 过监测信号中携带的伪随机码的时延来判断到不同参考点的距离，如果知道三个以上的参 考点就可以确定未知点的三维位置，以上所介绍的系统能实现室内精确的定位，但不具备 与外界通信能力。 在高速无线通信方面，超宽带技术在无线通讯方面的创新性、利益性具有很大的 潜力，在商业多媒体设备、家庭和个人网络方面极大地提高了一般消费者和专业人员的适 应性和满意度。美国Intel公司和XtremeSpectrum公司更是早在2002年就推出了采用大 规模集成电路、速率达100Mbps以上的UWB传输链路演示系统。2003年4月Intel公司演 示了多带方式的UWB系统，速率达到220Mbps，传输距离为1米；同时，新加坡资讯通信研究 院的UWB实验系统更是达到了 500Mbps的速率，传输距离为4米。但这些系统只具备通信 能力，而不具备定位功能。 导航与通信一体化信号体制的研究可有效扩充现有系统的功能，简化系统设计， 降低功耗体积，提高系统性能。因此对导航与通信一体化的研究一直是国内外学术界研发 的热点。基于超宽带的导航与通信一体化信号体制的研究在国外还没有相关报道；在国内 尚属首创，许多研究还处于起步阶段。基于UWB的导航与通信一体化信号体制的研究可以 填补国内在超宽带导航与定位领域一项空白，
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种室内导航与通信一体化方法，有效地 将导航信号传递给用户，抵抗各种干扰，提高用户测距精度，实现精确定位和通信功能，并 能与其他无线系统兼容互用。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤： (一）将三台发射机分别布置建筑物内部三个角上，离室内地面垂直距离高于2 米，且处于同一水平面，另外一台发射机在室内的另一个角上的地面上；发射机发射超宽带 信号，移动接收机进行捕获和跟踪发射端所发射的信号； ( 二 )所述的超宽带信号用复数基带信号表示为 SRP(t) = Re| 2 sn(f-nTsYM)exp(7'2^-/c((咖)>)j 其中Re()表示取信号的实部，TSYM是符号的长度，Npaeket是一个数据包内的符号数， fc(m)是第m个频带的中心频率，q(n)是将第η个符号映射到相应频带的函数，sn(t)是第 η个符号的复基带信号表达式，当化时，Sn(t) = 0， 卜輕'《(0 ^^n<Nsync j ⑴ N <n<N frame,η-Ν^,η(： \ * sync ~ v packet 其中ssync;,n(t)为前导码的第n个符号，sframe, n(t)描述的是帧的第η个符号，Nsync 为ill导码中的付号数，Npacket = Nframe+Nsync为总付号数； (三）所述的超宽带信号用3个频带传输，其中第一个符号在中心频率为3432MHz 的频带上传输，第2个符号在中心频率为3960MHz的频带上传输，第3个符号在中心频率为 4488MHz的频带上传输，第4个符号在中心频率为3432MHz的频带上传输，如此循环往复，完 成整个信号的传输； (四）假设用户在、时刻接收到基站i在^时刻发射的信号，时刻接收到 基站j在时刻发出的号；其中Atcps.si，^ tGPSj SJ, Δ teps,"分别表不基站i、基站j、用 户User的时间与外部标准时间的偏差（与GPS标准时的偏差），则 基站i所发射信号到达用户的时间为（tu+AtmHi+Atnj) 基站j所发射信号到达用户的时间为（tu.j+AtepuJ-dj+Atep^j) 则基站i、基站j所发射信号到达用户的时间差表示为： (tj-tj) - ((tu, i+A tGPS,u) - (ts, f Δ tGPS, s, J ) _ ((tu, f Δ tGPS,u) - (ts,』+Δ tGPS, s,』）） 若基站i与基站j发射信号采用等间隔发射，即td-ty为常数T，则 (tj-tj) - (tu,厂七仏)+T+( Δ tGPS, s,厂 Δ tGPS, s,』） tq-tu.i通过信号在接收机内自相关、互相关处理后得到；因为 c{ti -tj) = ^j(Xi -x)2 +(^ -y)2 +(Z. -zf ~^(X;. -xf + (7y -yf + (Z;. -zf 其中（Xp Yp ZJ和（X」，YJ； Zj)是基站i和基站j的位置坐标，（x，y，z)是用户位 置坐标；联立三个以上的方程组即可解算出用户（X，1，Z)位置。 本专利技术的有益效果是：本专利技术基于UWB的导航定位系统和通信系统信号体制的建 立与实施，集导航与通信功能于一身，满足UWB高速无线通信和精密定位的需要，同时达到 整合资源、功能扩展、降低功耗体积等目的。 【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。 本专利技术包括以下步骤： (三）基于超宽带室内定位系统采用发射机固定，接收机固定的模式。系统主要由 四本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超宽带的室内导航与通信一体化方法，其特征在于包括下述步骤：(一)将三台发射机分别布置建筑物内部三个角上，离室内地面垂直距离高于2米，且处于同一水平面，另外一台发射机在室内的另一个角上的地面上；发射机发射超宽带信号，移动接收机进行捕获和跟踪发射端所发射的信号；(二)所述的超宽带信号用复数基带信号表示为SRF(t)=Re{Σn=0Npacketsn(t-nTSYM)exp(j2πfc(q(n))t)}]]>其中Re()表示取信号的实部，TSYM是符号的长度，Npacket是一个数据包内的符号数，fc(m)是第m个频带的中心频率，q(n)是将第n个符号映射到相应频带的函数，sn(t)是第n个符号的复基带信号表达式，当时，sn(t)＝0，sn(t)=ssync,n(t)0≤n≤Nsyncsframe,n-Nsync(t)Nsync≤n≤Npacket]]>其中ssync，n(t)为前导码的第n个符号，sframe，n(t)描述的是帧的第n个符号，Nsync为前导码中的符号数，Npacket＝Nframe+Nsync为总符号数；(三)所述的超宽带信号用3个频带传输，其中第一个符号在中心频率为3432MHz的频带上传输，第2个符号在中心频率为3960MHz的频带上传输，第3个符号在中心频率为4488MHz的频带上传输，第4个符号在中心频率为3432MHz的频带上传输，如此循环往复，完成整个信号的传输；(四)假设用户在tU，i时刻接收到基站i在tS，i时刻发射的信号，tU，j时刻接收到基站j在tS，j时刻发出的信号；其中ΔtGPS，Si，ΔtGPS，Sj，ΔtGPS，U分别表示基站i、基站j、用户User的时间与外部标准时间的偏差(与GPS标准时的偏差)，则基站i所发射信号到达用户的时间为(tU，i+ΔtGPS，U)‑(tS，i+ΔtGPS，S，j)基站j所发射信号到达用户的时间为(tU，j+ΔtGPS，U，j)‑(tS，j+ΔtGPS，S，j)则基站i、基站j所发射信号到达用户的时间差表示为：(ti‑tj)＝((tU，i+ΔtGPS，U)‑(tS，i+ΔtGPS，S，i))‑((tU，i+ΔtGPS，U)‑(tS，j+ΔtGPS，S，j))若基站i与基站j发射信号采用等间隔发射，即ts，i‑ts，j为常数T，则(ti‑tj)＝(tU，j‑tU，i)+T+(ΔtGPS，S，i‑ΔtGPS，S，j)tu，j‑tu，i通过信号在接收机内自相关、互相关处理后得到；因为c(ti-tj)=(Xi-x)2+(Yi-y)2+(Zi-z)2-(Xj-x)2+(Yj-y)2+(Zj-z)2]]>其中(Xi，Yi，Zi)和(Xj，Yj，Zj)是基站i和基站j的位置坐标，(x，y，z)是用户位置坐标；联立三个以上的方程组即可解算出用户(x，y，z)位置。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾，卢晓春，邹德财，白燕，徐劲松，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。