信號(hào)到達(dá)角度（Angel of Arrival,AOA）估計(jì)在原始接收信號(hào)的重建和位置估計(jì)方面具有重要的實(shí)用價(jià)值,在雷達(dá)、聲納、航空航天和軍事偵察以及新時(shí)代智能生活等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。未來是物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與機(jī)器人的時(shí)代,隨動(dòng)機(jī)器人可以保持對目標(biāo)精準(zhǔn)測距進(jìn)而達(dá)到持續(xù)追隨跟進(jìn)目標(biāo)的特性,可以做到大規(guī)模大批量地搬運(yùn)任意物品,比如進(jìn)行重物搬運(yùn)以及軍事跟隨目標(biāo)進(jìn)行武器運(yùn)輸?shù)?不僅減少人力物力的消耗,還可以減少在運(yùn)輸過程中的人身危險(xiǎn)系數(shù)。本文對AOA估計(jì)的研究主要應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下近距離點(diǎn)對點(diǎn)跟隨系統(tǒng),鑒于超寬帶（Ultra Wide Band,UWB）信號(hào)具有抗多徑干擾能力強(qiáng),角度分辨率高等特點(diǎn),故選用UWB信號(hào)作為基礎(chǔ)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)AOA估計(jì)。本文首先概述了AOA估計(jì)的應(yīng)用背景及使用UWB信號(hào)進(jìn)行AOA估計(jì)的優(yōu)勢和相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí),之后從窄帶信號(hào)AOA估計(jì)出發(fā),研究了超寬帶信號(hào)的AOA估計(jì)方法,選用多重信號(hào)分類（Multiple Signal Classification,MUSIC）算法作為基礎(chǔ)算法,提出了基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間（Time of Arrival,TOA）的AOA估計(jì)方案和基于信號(hào)到達(dá)... 

【文章來源】：海南大學(xué)海南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

UWB跟隨系統(tǒng)應(yīng)用Fig.1UWBfollowsthesystemapplication

海南大學(xué)碩士學(xué)位論文72AOA估計(jì)理論基礎(chǔ)信號(hào)到達(dá)角度（AOA）估計(jì)是信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，它在無線通信、位置服務(wù)、陣列天線、雷達(dá)探測、聲吶、電子偵查等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，也是實(shí)現(xiàn)高靈敏度兩個(gè)物體之間跟隨移動(dòng)形態(tài)場景的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，本章從傳統(tǒng)的UWB定位跟隨系統(tǒng)的AOA估計(jì)出發(fā)，介紹了陣列信號(hào)的AOA估計(jì)原理，并對本研究相關(guān)算法及UWB系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了簡要介紹主要內(nèi)容包括：AOA估計(jì)原理簡介、AOA估計(jì)算法簡介、UWB信號(hào)AOA估計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型、影響AOA估計(jì)性能的因素等內(nèi)容。2.1AOA估計(jì)簡介2.1.1傳統(tǒng)的AOA估計(jì)原理圖2定位系統(tǒng)中AOA估計(jì)原理Fig.2AOAestimationprincipleinpositioningsystem使用AOA估計(jì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)跟隨最大的優(yōu)點(diǎn)是所需基站比較少，在典型的跟隨系統(tǒng)中，只需要一個(gè)發(fā)射機(jī)配合兩個(gè)接收機(jī)，就可以確定發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的位置方向，如圖2所示，使用信號(hào)到達(dá)時(shí)差（TDOA）或到達(dá)時(shí)間（TOA）估計(jì)可以確定發(fā)射機(jī)與兩個(gè)接收器的距離1d，2d再通過幾何關(guān)系關(guān)系計(jì)算出信號(hào)到達(dá)角度1，2經(jīng)一系列的算法優(yōu)化后得到標(biāo)簽于物體的距離和方位信息從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)跟隨（Cheng-xiaoWANGetal，2018）。此方法的缺點(diǎn)是定位精度與兩接收器之間的距離有關(guān)，且距離越大精度越高，在系統(tǒng)中需要將兩接收器安裝在同一物體上，才可以實(shí)現(xiàn)兩物體間的跟隨，此方案不利于安裝在小型物體上（徐哲超等，2020）。

基于UWB的AOA估計(jì)優(yōu)化方案的研究82.1.2陣列天線AOA估計(jì)信號(hào)到達(dá)角度（AOA）估計(jì)在陣列信號(hào)處理中又被稱為是波達(dá)方向（DirectionofArrival，DOA）估計(jì)是一種空間譜估計(jì)，空間頻譜表示各個(gè)方向的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)在空間中的分布情況，若能得到信號(hào)的空間譜，就可以得知信號(hào)的到達(dá)方向，故空間譜估計(jì)又稱DOA估計(jì)（Beulahetal，2020）。在陣列信號(hào)AOA估計(jì)中空間譜估計(jì)和自適應(yīng)波形設(shè)計(jì)是兩個(gè)主要研究方向。陣列信號(hào)處理是近年來迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)交叉性學(xué)科技術(shù)，AOA技術(shù)的研究在陣列信號(hào)處理中具有重要意義，尤其是多信號(hào)源到達(dá)方向、相干信號(hào)源估計(jì)、UWB信號(hào)AOA估計(jì)等方面。AOA估計(jì)在雷達(dá)、聲納、通信、地震測量、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景（ShenChongetal，2019）。天線陣列模型的布置方式多種多樣，由于不同的天線布置位置會(huì)影響到陣列接收信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，且在不同的應(yīng)用場景下對天線陣列模型也有著不同的要求，所以天線陣列類型也會(huì)影響陣列信號(hào)處理的方法。本研究使用陣列天線一是為了進(jìn)行信號(hào)的AOA估計(jì)，其次還可以最大化減少接收機(jī)部署的個(gè)數(shù)，常見天線整列分布模型有任意型天線陣、均勻矩陣型天線陣、均勻圓型天線陣、L型天線陣、均勻直線型天線陣等。（1）任意型天線陣（ArbitraryArray）如圖3所示為任意型天線陣分布圖，有M個(gè)接收天線在x-y平面內(nèi)任意分布，其坐標(biāo)為),(mmmyxR，以坐標(biāo)原點(diǎn)O為參考點(diǎn)，信號(hào)到達(dá)角度可表示為),(mm，其中為仰角，為方向角。假設(shè)受多徑影響有L個(gè)信號(hào)從不同角度射入，則LM的天線流矩陣可表示為：),(...),(),(),(2211LLaaaA（2-1）第l條路徑信號(hào)的實(shí)方向向量可表示為：),(),(),(02010...),(lllllMljjjlleeea（2-2）其中cyxllmllmllmsinsincossin),(表示第m個(gè)接收天線的信號(hào)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[6]基于UWB技術(shù)的井下定位系統(tǒng)接收機(jī)的研究[D]. 靳偉超.華北理工大學(xué) 2019
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本文編號(hào)：3044513