Uwb Communication Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Hindawi Pub Corp

作者:Kaiser, Thomas (EDT)/ Molisch, Andreas F. (EDT)/ Oppermann, Ian (EDT)/ Benedett, Maria Gabriella Di

出品人:

页数:497

译者:

出版时间:

价格:120

装帧:HRD

isbn号码:9789775945105

丛书系列:

图书标签:

• UWB
• 超宽带
• 无线通信
• 定位
• 通信系统
• 信号处理
• 射频电路
• 嵌入式系统
• 物联网
• 传感器网络

精密测量与导航技术前沿 探索无线电波在现代定位、测距与成像中的革命性应用 图书简介 本书深入剖析了现代无线通信系统中最前沿、最具颠覆性的技术分支——超宽带（UWB）通信技术，并将其置于更广阔的精密测量、实时定位与高分辨率成像的工程实践背景下进行系统性阐述。尽管书名聚焦于通信系统，但本书的独特价值在于，它将UWB技术的核心原理——即利用极窄脉冲在宽频谱上进行信息传输的能力——提升到了一个更基础的物理层面上，探讨其如何成为实现亚厘米级精度定位与穿透性成像的终极工具。 本书旨在为电子工程、通信科学、导航与定位技术领域的专业人士、高级研究人员和研究生提供一本兼具理论深度与工程实践指导意义的参考著作。内容严格围绕如何利用脉冲的极短时宽特性来解决传统窄带系统无法企及的精度瓶颈展开，完全避开了对常规UWB通信协议（如MAC层、网络层协议）的冗余讨论，而是专注于其物理层潜力的挖掘与应用。 第一部分：超宽带信号的物理基础与生成机理 本部分奠定了理解超高精度测量的物理基础。我们首先从电磁波的时域分析出发，详细探讨了如何通过数学模型（如高斯脉冲、导数高斯脉冲、或更复杂的波形生成函数）来构造出具有极小持续时间（皮秒级或纳秒级）的电磁脉冲。重点分析了这些窄脉冲在频域上所占据的巨大带宽（通常超过500 MHz，甚至扩展至GHz级别），以及这种带宽如何直接关联到脉冲的上升沿和下降沿的陡峭程度。 随后，深入讲解了脉冲的传播特性。这包括了对多径效应的深入理解——这是UWB测量的核心挑战。书中详尽分析了如何利用脉冲极短的时宽，使接收端能够清晰地区分出直射路径（LOS）与非直射路径（NLOS）反射信号的到达时间，这是实现高精度时间测量（Time of Flight, ToF）的前提。我们引入了先进的高阶统计模型来描述NLOS环境下的信号衰减与时间偏差，并探讨了发射功率谱密度（PSD）的合规性与限制，确保技术在实际应用中的可行性与电磁兼容性。 第二部分：时间测量与高精度测距理论 本部分是全书的核心，聚焦于如何将超宽带信号的时域特性转化为亚厘米级的距离测量。 精确时间同步（Time Synchronization）: 详细介绍了实现高精度测距所必需的纳秒级甚至皮秒级的时间基准的获取与维持技术。讨论了基于片上振荡器（OCXO）、原子钟辅助或高精度数字锁相环（DPLL）的时间同步方案，以及它们在动态环境中的稳定性和漂移补偿机制。 到达时间测量（Time of Arrival, ToA）技术: 细致比较了阈值检测法、过零检测法、能量中心法（Centroid of Energy）以及最大似然估计（MLE）在估计脉冲到达时间时的优劣。重点分析了如何通过先进的数字信号处理（DSP）算法来补偿接收前端的非理想特性（如滤波器的群延迟不一致性）对方位精度的影响。 双向测距（Two-Way Ranging, TWR）协议的优化: 虽然本书不侧重于通信协议，但TWR是实现高精度测距的基石。我们集中讨论了如何优化TWR中的时间戳记录与往返时间（Two-Way Time of Flight, TW-ToF）的计算，特别是如何设计无中间时钟偏移的测距模型，以确保系统能够达到理论上的精度极限。 引入深度学习辅助的NLOS识别与修正: 探讨了如何利用卷积神经网络（CNN）或循环神经网络（RNN）来分析接收到的复杂多径信号包络，实时、准确地识别出NLOS条件，并根据训练数据对预估的距离进行物理约束下的校正。 第三部分：定位系统架构与三维空间重建 本部分将测距技术扩展到实际的定位（Localization）与跟踪（Tracking）系统的构建。 几何定位算法的精确化: 详细阐述了三边测量法（Trilateration）和多点定位法（Multilateration）在超宽带环境下的实现。着重分析了如何将非线性最小二乘优化（如高斯-牛顿法或Levenberg-Marquardt算法）与卡尔曼滤波（Kalman Filtering, KF）或扩展卡尔曼滤波（EKF）相结合，以融合来自多个UWB测距单元的瞬时距离数据，实现对移动目标的平滑、低延迟的三维轨迹估计。 室内定位（IPS）的挑战与解决方案: 针对室内环境中信号遮挡严重、墙体反射复杂的特点，本书提出了基于网络拓扑优化的部署策略。讨论了如何通过精确标定（Calibration）锚点的位置误差，以及使用虚拟锚点模型来弥补接收盲区的问题。 同步化与异构网络集成: 探讨了UWB系统如何与其它传感技术（如惯性测量单元IMU、视觉系统VSLAM）进行数据融合，构建高鲁棒性的混合导航系统。重点分析了无迹卡尔曼滤波（UKF）在处理非高斯噪声和非线性状态转移模型中的优势。 第四部分：超宽带技术在高分辨率成像中的应用 本书的最后一个高潮部分，聚焦于UWB作为一种穿透性成像工具的独特潜力，这完全依赖于其极窄脉冲对时间细节的无损捕获能力。 脉冲雷达方程与分辨率: 推导了UWB脉冲雷达方程，并明确指出时间分辨率与空间分辨率之间的直接关系（$Delta R = c cdot Delta T / 2$）。分析了如何通过提高脉冲的重复频率（PRF）和接收灵敏度来增强信噪比（SNR），从而实现对微小目标的探测。 基础合成孔径技术（SAR）: 介绍了超宽带系统在实现合成孔径雷达原理上的独特优势。讨论了如何利用目标的运动轨迹或系统自身的移动，通过对接收到的脉冲进行相干积累，来合成一个比实际天线尺寸大得多的虚拟孔径，以实现高方位向分辨率成像。 穿墙与穿地成像: 详细阐述了时间反向传播（TBP）、迁移学习反卷积等算法在处理穿墙探测数据中的应用。重点剖析了如何区分介质的介电常数与损耗因子对脉冲形状的扭曲，从而实现对隐藏物体（如管道、钢筋、人体轮廓）的材料识别与距离反演。 本书通过严格的物理学基础、先进的信号处理方法以及前沿的工程实践案例，系统地展示了超宽带技术如何超越传统无线通信的范畴，成为下一代高精度时空测量与非侵入式成像领域的核心驱动力。全书注重理论的严谨性与工程的可实现性，为读者构建一个清晰、深入的技术认知框架。

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