1、基于高精度低复杂度的伪多普勒的定位算法 中文 4500 字出处： Babjak B, Szilvasi S, Volgyesi P. On accurate, low-complexity quasi doppler based localizationC/The Third International Conference on Digital Information and Communication Technology and its Applications (DICTAP2013). The Society of Digital Information and Wireless C
2、ommunication, 2013: 85-92. 基于高精度低复杂度的伪多普勒的定位算法 概述 本篇论文的目的是讨 论伪多普勒 方式的位置估计并展示现代数字信号处理和信号相关知识是如何提升伪多普勒技术并使它可应用于简易定位的。本文的基本思路是不均匀地转换发射端天线，并且精确地检测相位突变以排除其他原因带来的相位改变（如调制，时钟不同步，时钟抖动）来实现位置估计。 关键词 定位 ，伪多普勒，数字信号处理 1 说明 自从 方向性天线实用以来 精确方位估计及定位被广泛应用 。 现有的研究主要依靠高分辨率 ， 多通道算法例如 SAGE,MUSIC,ESPRIT，他们都是复杂的系统和大量资源来 获得
3、可靠并准确的方位信息。然而小的，低能耗的设备需要不同的方法。单通道多普勒定位方法就能提供较方向天线高的准确度。它的内容就是一个全向天线绕着一个中心旋转，在正常观测信号上叠加上一个多普勒频移，而这个多普勒频移时方位角（ AOA）的函数。我们可以 用模拟的方法 很方便地提取出 这个信息，这在当时只有模拟信号处理情况下是很正常的，并且现在新的技术仍在应用它。 此技术进化版本就是用转换均匀分布在一个圆上的天线（形成环形阵列 UCA）来替代天线的旋转。这就是伪多普勒技术，它的优势在于没有转动部分并且可以形成基本的定位方法。 正因为它的简便性并且只需要最基本的天线设备，人们广泛地使用伪多普勒技术。这些应用
4、包括了传统的传感器网络，业余无线电泛滥，甚至安装在车辆上。 然后所有简单的事物上都是细节决定成败，直接的应用总是忽略隐藏在背后的机会和一些复杂的重点。举个例子， 一个集中地天线阵列可能引起反射或者散射。每个天线必须准确地匹配来消除额外的相位偏移。另外天线间的距离必须小于波长以此来避免相位模糊，尽管我们仍有一些方法即使以上条件不都满足。相位偏移不是微不足道的并且除了它我们还有正弦拟合的课题。如果信号不是简单的 正弦波而是经过调制的携带 信息的载波，突然的转换可能引起 信号劣化 ，我们的目标是不仅仅确定位置并且提取出携带的信息。最近几年很多人开始提出此方法的缺点。为了应对突然的转换带来的副作用，人
5、们开始研究了平滑转换 。人们提出了一个算法来在输出信号中完全消除转换信息。为了处理信道中噪声，每个天线上的锁相环（ pll）被提出。方向性天线技术保证了更高的信噪比因此更远的有效距离但同时周期性地失去了信号。干涉测量法使得别人可能 在更低的频率上 操作此系统 。上述这些方法都是伪多普勒方法的提高，但是都是基于模拟信号处理的角度。然而最先进的信号处理技术使我们可能 利用上述之外的机会。 基于高精度低复杂度的伪多普勒的定位算法 本文的主要贡献在于（ 1）确定伪多普勒技术的主要问题并描述绝决方案，（ 2）介绍基于上述解决方案的具体操作，（ 3）提供实验结果。本文展示了如何通过精确地调整天线转换和相位
6、突变检测来完善伪多普勒技术，从而实现抗调制，抗 不匹配，抗时钟抖动的不影响信息内容的精确定位。 剩下的部分时这么组织的：第二部分简述传统多普勒技术，最后解释基于伪多普勒的完整定位系统。第三部分进一步提高信号处理方法。第四部分给出结果。 2 概述 2.1 简述多普勒技术 假设一个全向天线正在接受一个由在一个不受限制的空间中的全向天线发射的单一正弦波，并没有多径效应。为了简便，两根天线都是在 z=0 的平面，接收端在（ x， y），信号强度是（ A），载波频率（ fc） ,相位（ ）都是常数。又假设发射机离着很远， 这样当信号到达时可以被考虑为平面波。用简单的尺度变换接收到的信号就可以被写成 (1)，这里 = 2 ， 是波长 ， 频率 f c ， 是方位角或平面波的 AOA。 f(x,y,t) = Acos(2f c t+ +(cos+ysin) (1) 记住了这个公式，我们基于多普勒现象 的定位方法：被测量频率随着接受其的移动而改变。 让我们给接收点配一个顺时针或逆时针方向旋转的天线。 图片 1：多
