[發(fā)明專利]基于壓縮采樣的脈沖超寬帶信號到達時間估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010260588.6
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN101944926A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳紹華;張欽宇;張凌雁;王野;姚海平
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: H04B1/69
• 分類號: H04B1/69;H04B17/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 44248
• 代理人: 胡吉科

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脈沖超寬帶信號到達時間估計方法，尤其涉及一種基于壓縮采樣的脈沖超寬帶信號到達時間估計方法。

背景技術(shù)

到達時間(TOA，time?of?arrival，到達時間，簡稱“TOA”)估計的任務(wù)是從測距接收信號的采樣序列中檢測到直達單徑DP(direct?path，直達單徑，簡稱“DP”)中心所在的采樣點。根據(jù)采樣速率及接收機硬件能力的不同，已有的TOA估計算法大致可分兩類：相干TOA估計算法和非相干TOA估計算法。如果接收機硬件能力足夠(能提供本地模板、能保證高采樣速率)、運算能力較強，可使用相干TOA估計算法；如果接收機硬件能力較差(不能提供本地模板與高采樣速率)、運算能力較差，則可使用非相干TOA估計算法。

近年來，國內(nèi)外對IR-UWB的測距研究較為充分，提出了多種TOA估計算法，限于篇幅，此處不逐一描述，只簡單介紹兩類算法中性能最好、最具代表性的算法。MF-TC-JM算法是已有的相干TOA估計算法中的性能最優(yōu)者，它針對接收信號匹配濾波輸出的高速采樣序列進行處理，通過門限檢測得到DP中心位置，門限設(shè)置參量是一個由匹配濾波輸出的峭度和均方根時延擴展所組成的符合參量(JM，joint?metric)。ED-TC-MMR算法是已有的非相干TOA估計算法中的性能最優(yōu)者，它針對接收信號的能量積分采樣序列進行處理，也是通過門限檢測得到DP所在的能量塊，認為能量塊的中心是DP所在的精確位置，門限設(shè)置參量使用能量采樣序列中最大值與最小值之比(MMR，maximum-to-minimum?ratio)。由于匹配濾波的處理增益和高采樣速率所帶來的高時間分辨率，MF-TC-JM算法的TOA估計精度遠高于ED-TC-MMR；但ED-TC-MMR算法的優(yōu)點是對硬件能力要求不高、運算復(fù)雜度低。MF-TC-JM算法的精度下限是CRLB，在信噪比足夠高的情況下可接近CRLB；影響ED-TC-MMR算法精度的決定因素是采樣速率，精度下限是0.25T_b，其中T_b代表能量采樣周期，在信噪比足夠高的情況下可接近此下限。

現(xiàn)有技術(shù)中，已有的相干TOA估計算法對接收機硬件能力要求很高，需要高采樣速率與本地模板，且運算復(fù)雜度高，以現(xiàn)有的硬件水平難以實際實現(xiàn)；而已有的非相干TOA估計算法則受限于能量采樣序列的低分辨率，TOA估計精度不高，不能充分發(fā)揮IR-UWB(Impulse?Radio-Ultra?WideBand，脈沖超寬帶，簡稱“IR-UWB”)信號的高精度測距優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中脈沖超寬帶信號到達時間估計方法中，到達時間估計精度不高，不能充分發(fā)揮脈沖超寬帶信號的高精度測距優(yōu)勢。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種基于壓縮采樣的脈沖超寬帶信號到達時間估計方法，包括脈沖超寬帶信號壓縮采樣接收系統(tǒng)，所述脈沖超寬帶信號壓縮采樣接收系統(tǒng)包括對所述脈沖超寬帶信號分多個通道進行采樣的多通道并行采樣單元，分別向所述多通道采樣單元的各通道發(fā)送測量波形的測量波形發(fā)生器，接收經(jīng)過所述多通道采樣單元采樣的測量值的數(shù)字后端處理組件，各通道分別根據(jù)所述測量波形發(fā)生器產(chǎn)生的測量波形對所述脈沖超寬帶信號進行線性投影，包括如下步驟：

確定投影區(qū)間：以各幀接收信號的峰值位置作為參考點確定投影區(qū)域[τ_peak-T_prj，τ_oedk+T_p/2]，其中：τ_peak表示脈沖超寬帶信號峰值位置相對幀起點位置的長度，T_prj表示投影長度；T_p表示脈沖寬度。

獲得采樣序列：通過對連續(xù)的多幀接收信號的壓縮測量，獲取測距符號接收信號的壓縮采樣序列；

獲得到達時間的估計：采用CS(Compressive?Sensing，壓縮感知，簡稱“CS”)TOA估計算法依據(jù)采樣序列得到到達時間估計值其中：τ_peak表示脈沖超寬帶信號峰值位置的長度，T_prj表示脈沖超寬帶信號投影長度，i_DP表示檢測到的直達單徑DP(direct?path)的中心位置在重構(gòu)序列中的序號，F(xiàn)_s表示重構(gòu)序列的采樣頻率。