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脉冲无线电超宽带(IR-UWB)是一种使用脉冲方式的无载波通信技术,由于其具有时间分辨力高、抗干扰性能好、传输速率高、功耗低等优点,是未来通信与定位应用的首选技术之一。目前,大部分测距技术都是基于直达单径(DP)的到达时刻估计,但由于室内环境中噪声、多径干扰、非视距传输的影响,直达单径不是最强路径,因此,如何在多径、非视距环境下实现较高TOA估计精度是超宽带测距技术面临的一个挑战。目前针对TOA估计的研究主要有两种:基于匹配滤波的相关检测法和基于能量检测的非相关检测法。在IEEE802.15.4a的各种标准提案中,推荐通过能量检测方案实现低速率、低功耗的测距与定位。因此,国内外学者普遍把研究重点放在基于能量检测的非相关TOA估计算法上。本文在简要分析了超宽带基本原理的基础上,以减小噪声影响和提高测距精度为目的,对超宽带测距系统中TOA估计算法进行了深入研究。首先,从超宽带特有的信号及信道传播特性入手分析了路径损耗、多径延时等对测距精度的影响,并为后续的TOA估计方法研究提供了数学模型。其次,根据超宽带信号的特性分析超宽带用于测距的优势,并以到达时间的测距技术为基础,介绍传统的TOA估计方法及TOA估计的性能界。第三,通过对已有的非相关检测算法的研究和改进,得出一种基于能量检测的锯齿波相关TOA估计方案。先将接收信号通过能量检测接收机,提取信号包络信息,再利用锯齿波作为本地模板信号与包络信号做相关,相关峰位置为直达单径的TOA估计。仿真结果表明,此算法不仅省略了门限的设置过程,而且还可达到与门限法相近的估计精度,具有算法复杂度小,估计精度高的优点。最后,针对能量检测方法在低信噪比环境下性能较差,导致TOA估计精度大幅降低的缺点,文中先将小波降噪方法引入到TOA估计中,降噪后的信号经过最小二乘估计得到信道幅度衰减因子和时延参数,然后通过恒虚警(CFA)准则的门限检测方法得到直达单径的TOA估计。仿真结果表明,本方案在小信噪比环境下可以更好的完成测距工作,具有较好的测距精度,并且CFA准则下的TOA估计性能优于固定门限。