專利名稱：一種基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)體制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超寬帶(UWB-Ultra Wideband)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)線電技術(shù)，超寬帶技術(shù)以其傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)、定位精確、功耗成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)成為室內(nèi)定位和高速無(wú)線通信中的熱門技術(shù)。信號(hào)體制是無(wú)線導(dǎo)航定位和通信系統(tǒng)技術(shù)體制最重要的組成部分之一，它以信號(hào)為載體，作為系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)、接收機(jī)以及監(jiān)控部分之間協(xié)調(diào)工作的紐帶，關(guān)系到系統(tǒng)定位、授時(shí)和高速通信等基本功能以及定位測(cè)速授時(shí)精度、兼容和互操作性、保密性、抗干擾能力等關(guān)鍵性能和指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。一個(gè)設(shè)計(jì)合理、性能完善的信號(hào)體制，在無(wú)線導(dǎo)航定位和通信系統(tǒng)中有著非常重要的位置。導(dǎo)航通信一體化有廣泛的應(yīng)用前景，特別是對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的位置信息的回傳和命中目標(biāo)的能力評(píng)估；對(duì)海上漁船遇險(xiǎn)呼叫、搶救和無(wú)光纜及無(wú)移動(dòng)通訊的邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信的應(yīng)用均有重大的實(shí)用價(jià)值。對(duì)室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究，已經(jīng)有近30年的歷史，總結(jié)起來(lái)，室內(nèi)定位系統(tǒng)依賴的技術(shù)主要有超聲波、紅外線等。超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)技術(shù)以其傳輸速率高、發(fā)射信號(hào)功率小、信號(hào)功率譜密度低、抗多徑干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)，將超寬帶技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)定位系統(tǒng)中，能夠使系統(tǒng)在標(biāo)·識(shí)大小、功耗、造價(jià)、精度、實(shí)時(shí)性、通信能力以及可擴(kuò)充性能等方面得到大幅度提升。美國(guó)、加拿大、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)投入了大量的人力和物力來(lái)對(duì)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行研究和開發(fā)。Localizers系統(tǒng)是由美國(guó)AETHER WIRE&L0CAT10N開發(fā)的室內(nèi)定位系統(tǒng)。待定位的超寬帶接收機(jī)和幾個(gè)參考定位的收發(fā)信機(jī)之間進(jìn)行脈沖通信，通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)中攜帶的偽隨機(jī)碼的時(shí)延來(lái)判斷到不同參考點(diǎn)的距離，如果知道三個(gè)以上的參考點(diǎn)就可以確定未知點(diǎn)的三維位置，以上所介紹的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)精確的定位，但不具備與外界通信能力。在高速無(wú)線通信方面，超寬帶技術(shù)在無(wú)線通訊方面的創(chuàng)新性、利益性具有很大的潛力，在商業(yè)多媒體設(shè)備、家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)方面極大地提高了一般消費(fèi)者和專業(yè)人員的適應(yīng)性和滿意度。美國(guó)Intel公司和XtremeSpectrum公司更是早在2002年就推出了采用大規(guī)模集成電路、速率達(dá)IOOMbps以上的UWB傳輸鏈路演示系統(tǒng)。2003年4月Intel公司演示了多帶方式的UWB系統(tǒng)，速率達(dá)到220Mbps，傳輸距離為I米；同時(shí)，新加坡資訊通信研究院的UWB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)更是達(dá)到了 500Mbps的速率，傳輸距離為4米。但這些系統(tǒng)只具備通信能力，而不具備定位功能。導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制的研究可有效擴(kuò)充現(xiàn)有系統(tǒng)的功能，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低功耗體積，提高系統(tǒng)性能。因此對(duì)導(dǎo)航與通信一體化的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界研發(fā)的熱點(diǎn)。早在2000年國(guó)外就研發(fā)出了 GPS導(dǎo)航通信手機(jī)芯片。在國(guó)內(nèi)，2006年中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心成功完成“通信導(dǎo)航一體化實(shí)驗(yàn)”，標(biāo)志著我國(guó)在導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制研究方面取得新的突破。基于超寬帶的導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制的研究在國(guó)外還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道；在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)，許多研究還處于起步階段?；赨WB的導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制的研究可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在超寬帶導(dǎo)航與定位領(lǐng)域一項(xiàng)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)，其有效地將導(dǎo)航信號(hào)傳遞給用戶，有力抵抗各種干擾，提高用戶測(cè)距精度，實(shí)現(xiàn)精確定位和通信功能，并能與其他無(wú)線系統(tǒng)兼容互用是本成果所解決的主要問(wèn)題。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)，其包括四臺(tái)作為基站的固定發(fā)射機(jī)、以及一臺(tái)移動(dòng)接收機(jī)；三臺(tái)固定發(fā)射機(jī)分別布置在室內(nèi)的三個(gè)角上，離室內(nèi)地面垂直距離高于2米，且處于同一水平面，另外一臺(tái)固定發(fā)射機(jī)在室內(nèi)的另一個(gè)角上的地面上；四臺(tái)固定發(fā)射機(jī)分別發(fā)射超寬帶信號(hào)，移動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行捕獲和跟蹤該超寬帶信號(hào)，在該移動(dòng)接收機(jī)內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)、解調(diào)模塊運(yùn)算，最終解算出接收點(diǎn)的位置；該超寬帶信號(hào)的傳輸采用基于幀的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，其信號(hào)幀包括前導(dǎo)碼和有效數(shù)據(jù)；發(fā)射的超寬帶信號(hào)用下面的復(fù)數(shù)基帶信號(hào)來(lái)描述:
權(quán)利要求
1.一種基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)，其特征在于:其包括四臺(tái)作為基站的固定發(fā)射機(jī)、以及一臺(tái)移動(dòng)接收機(jī)；三臺(tái)固定發(fā)射機(jī)分別布置在室內(nèi)的三個(gè)角上，離室內(nèi)地面垂直距離高于兩米，且處于同一水平面，另外一臺(tái)固定發(fā)射機(jī)在室內(nèi)的另一個(gè)角上的地面上；四臺(tái)固定發(fā)射機(jī)分別發(fā)射超寬帶信號(hào)，移動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行捕獲和跟蹤該超寬帶信號(hào)，在該移動(dòng)接收機(jī)內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)、解調(diào)模塊運(yùn)算，最終解算出接收點(diǎn)的位置；該超寬帶信號(hào)的傳輸采用基于幀的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，其信號(hào)幀包括前導(dǎo)碼和有效數(shù)據(jù)；發(fā)射的超寬帶信號(hào)用下面的復(fù)數(shù)基帶信號(hào)來(lái)描述
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)，其特征在于:sn(t)滿足下面的性質(zhì):當(dāng)時(shí)，sn(t)=0，第η個(gè)符號(hào)的確切結(jié)構(gòu)取決于它在數(shù)據(jù)包中的位置:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)，其特征在于:超寬帶信號(hào)使用3個(gè)頻帶依次循環(huán)往復(fù)傳輸時(shí)，第I個(gè)符號(hào)在中心頻率為3432MHz的頻帶上傳輸，第2個(gè)符號(hào)在中心頻率為3960MHz的頻帶上傳輸，第3個(gè)符號(hào)在中心頻率為4488MHz的頻帶上傳輸，如此循環(huán)往復(fù)，完成整個(gè)超寬帶信號(hào)的傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)，其特征在于:假設(shè)用戶在^時(shí)刻接收到基站i在ts，i時(shí)刻發(fā)射的信號(hào)，時(shí)刻接收到基站j在ts；J時(shí)刻發(fā)出的信號(hào)，其中，AtePS，Si，AtGPS；SJ, Ateps^分別表示基站1、基站」、用戶User的時(shí)間與外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差，則 基站i所發(fā)射信號(hào)到達(dá)用戶的時(shí)間為TOA: (tu；i+AtGPS；u)-(ts；i+AtGPS；s；J)；基站j所發(fā)射信號(hào)到達(dá)用戶的時(shí)間為TOA: (tu； j+ Δ tGPS；u； j) - (ts；^ Δ tGPS；s； j)； 則基站1、基站j所發(fā)射信號(hào)到達(dá)用戶的時(shí)間差表示為:=UsJ-(ty
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超寬帶的室內(nèi)導(dǎo)航與通信一體化信號(hào)體制系統(tǒng)，其包括四臺(tái)固定發(fā)射機(jī)、一臺(tái)移動(dòng)接收機(jī)。三臺(tái)固定發(fā)射機(jī)分別布置在室內(nèi)的三個(gè)角上，離室內(nèi)地面垂直距離高于兩米，且處于同一水平面，另外一臺(tái)固定發(fā)射機(jī)在室內(nèi)的另一個(gè)角上的地面上。四臺(tái)固定發(fā)射機(jī)分別發(fā)射超寬帶信號(hào)，移動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行捕獲和跟蹤超寬帶信號(hào)，在移動(dòng)接收機(jī)內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)、解調(diào)模塊運(yùn)算，最終解算出接收點(diǎn)的位置。超寬帶信號(hào)的傳輸采用基于幀的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，其信號(hào)幀包括前導(dǎo)碼和有效數(shù)據(jù)；超寬帶信號(hào)用復(fù)數(shù)基帶信號(hào)來(lái)描述。超寬帶信號(hào)使用三個(gè)頻帶依次循環(huán)往復(fù)傳輸。本發(fā)明滿足UWB高速無(wú)線通信和精密定位的需要，同時(shí)達(dá)到整合資源、功能擴(kuò)展、降低功耗體積等目的。
文檔編號(hào)H04B1/7163GK103248397SQ20131020249
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月28日
發(fā)明者徐勁松, 楊良勇, 邴志光, 方小偉 申請(qǐng)人:安徽華東光電技術(shù)研究所