无源时差定位中内同步时差测量技术研究

摘要

在目前的无线定位技术中，到达时间差定位(TDOA，Time Difference of Arrival)作为一种定位精度高、定位速度快和抗干扰能力强的定位技术越来越受到重视。这种定位方式的基础就是无线电测距，即通过测量无线电信号到达某物体的传播时差，进而折算出到达此物体的距离，测距的实质正是测量时差。如何准确地获取时差，为后续定位提供必需的数据支撑，正是本文研究的重要目标。
　　针对目前通常采用的时差测量方式的优缺点，提出了一种内同步法进行时差测量，即各站分别接收到同一辐射源通过不同路径的信号后，在各自的基站上比较接收信号和发射信号的波形，通过对这两个信号做互相关运算来求取它们的时间差，然后将这个时间差数据发送至主站，从而完成时差定位。本文设计的时差测量系统采用Altera公司Cyclone系列的FPGA芯片EP1C3T144作为核心处理器，利用时域直接互相关法，提取通过不同路径的同一信号时间差，并提供了以太网接口、USB接口和RS232串口作为输入输出接口，以适应各种不同接口的接收机和无线传输设备。
　　文中首先介绍了课题研究的背景和意义，对无源时差定位系统的国内外发展现状进行了阐述，归纳总结了常用的时差测量方式及其利弊。其次分析了内同步时差测量的工作原理，具体阐述了信号相关运算理论，根据需要选择了用于时差测量的信号。在此基础上设计了基于FPGA的时差测量系统总体结构和各个重要功能模块的硬件电路，并完成了系统的相关软件设计，包括相关运算单元和三种接口的控制，其中重点介绍了设计思想、程序流程和仿真结果，并初步探讨了多个目标情况下的时差测量问题。最后分析了设计中还需进一步完善的地方，为以后工作提出了相应的建议。研究表明，内同步时差测量系统既可以避免基站间使用高度同步的时钟，又不需要专门建立信号转发通道。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本文研究内容

第二章 内同步时差测量方法研究

2.1内同步时差测量原理

2.2 信号相关运算理论

2.3 时差测量信号的选择

2.4 本章小结

第三章 基于FPGA的时差测量硬件系统设计

3.1 系统总体结构

3.2 FPGA配置电路

3.3 USB接口电路

3.4 以太网接口电路

3.5 串口电路

3.6 其它电路模块

3.7 PCB设计

3.8 本章小结

第四章 时差测量系统算法设计与接口控制

4.1 相关运算单元

4.2 USB接口控制

4.3 以太网接口控制

4.4 串口控制

4.5 其它模块

4.6 多目标测量

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 存在的问题与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢