[發明專利]復數擴頻信號的到達時間差測量方法

有效

• 申請號: 201110361270.1
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102508200A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 胡愛群;田華梅;錢妍池;梁彪
• 申請（專利權）人: 東南大學;南京三寶科技股份有限公司
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

1.復數擴頻信號的到達時間差測量方法，對兩個或兩個以上到達接收機的信號的到達時間差進行測量，其特征是發射機以無線方式發送復數擴頻信號：

x(n)＝I(n)+jQ(n)＝|x(n)|e^jφ(n)，n＝0，1，…，N-1

其中I(n)、Q(n)是先經過擴頻調制，再經過OQPSK調制后的信號，分別作為發送信號的同相分量和正交分量；|x(n)|是發送信號x(n)的模值，φ(n)是表示發送信號的相位；

接收機對接收的復數擴頻信號序列采用復相關法實現捕獲，并根據復相關值的峰值點的位置來測量信號到達的時間差；在接收機的天線捕獲復數擴頻信號序列之后，對復數擴頻信號序列進行復數差分處理并緩存，緩存器長度為擴頻長度+2，即擴頻長度前后各增設一個chip寬度，以便準確計算時延，然后通過內插法提高緩存信號的采樣率，并對接收機存儲的本地序列做同樣的差分和內插法處理，對于任意兩個天線接收的復數擴頻信號序列信號，將經過內插法處理的所述接收的信號與本地序列信號分別復相關，得到兩個復相關值，兩個復相關峰值位置處所對應的時間值差值即為這兩路天線接收信號的到達時間差。

2.根據權利要求1所述的復數擴頻信號的到達時間差測量方法，其特征是對一段時間內的不同時刻捕獲的的幾組接收信號，采取最大距離過濾法，將偏離最大的若干個時間差值過濾，得到更精確的兩路信號到達時間差，具體過濾的個數根據實際測量的環境確定，測量環境越好過濾數越少，過濾個數最多不超過所得到達時間差總個數的1/2。

3.根據權利要求1或2所述的復數擴頻信號的到達時間差測量方法，其特征是包括以下步驟：

1)信號調制，發送：

發射機將隨機發送的比特先經過擴頻調制，再經過OQPSK調制，得到同相分量I路和正交分量Q路信號，將I路信號I(n)和Q路信號Q(n)正交調制到高頻載波上，通過天線以無線形式發送；

2)接收信號，下變頻：

m個接收機的接收天線接收復擴頻信號序列，m≥2，采用與發送端高頻載波相同的頻率，對接收信號下變頻，各接收機得到I_m路信號和Q_m路信號，接收機接收到的復數擴頻序列，即接收信號為：r_m(n)＝I_m(n)+jQ_m(n)；

3)接收機設有時間差測量系統，包括模/數轉換器AD和計算模塊，模/數轉換器AD對接收信號采樣，傳給計算模塊：

模/數轉換器AD對接收到的信號同相分量和正交分量進行采樣，得到I_m(n)和Q_m(n)，將采樣過的信號傳給計算模塊，其中模/數轉換器AD的采樣率CLK_i在滿足奈奎斯特采樣定理前提下根據實際存在的資源量選擇；

4)快速捕獲，復數差分運算并緩存：

對接收的I_m路信號和Q_m路信號做復數差分運算，運算方法如下：

I′_m(n)＝I_m(n)I_m(n-D)+Q_m(n)Q_m(n-D)

Q′_m(n)＝Q_m(n)I_m(n-D)-I_m(n)Q_m(n-D)

其中D為一個chip采樣的點數，D＝模/數轉換器AD采樣速率/chip速率；

將差分之后的信號緩存，緩存的存入由接收信號的采樣時鐘控制，本地信號做相同的差分運算并存儲；

計算模塊使用本地存儲的發送信號采樣序列x(n)，與接收信號做復相關運算，復相關運算公式如下：

Rrxm(n)=rm(n)⊗[x(n)]*=[Im(n)+jQm(n)]⊗[I(n)-jQ(n)]]]>

=[Im(n)⊗I(n)+Qm(n)⊗Q(n)]+j[Qm(n)⊗I(n)-Im(n)⊗Q(n)]]]>

當|R_rxm(n)|²≥Thres時，認為捕獲到發送的復數擴頻信號，其中Thres為預先設定的檢測門限；

若捕獲到信號，進入步驟5)對接收信號插值濾波，如果沒有捕獲到信號，則繼續做捕獲，即重復步驟4)，直到捕獲到信號為止；

5)內插法插值濾波：

捕獲到信號后，將緩存中存儲的差分處理后的接收信號讀出，并進行填零和二重濾波，緩存的讀出頻率CLK_o由時間差測量系統的處理能力決定；每從緩存器中讀出一個樣值，就在其后填入M1個“0”，然后輸入第一級低通濾波器，第一級低通濾波器每輸出一個濾波后樣值，在其后再次插入M2個“0”，然后輸入第二級低通濾波器，達到內插目的，提高采樣率；其中M1*M2＝M，M為時差測量系統的工作頻率/緩存器的讀出頻率的比值，為預先設定的整數；選擇值相差最小的M1和M2，以減小每級濾波器的階數，且滿足：CLK_h1＝(M1+1)·CLK_o，CLK_h2＝(M2+1)·CLK_h1，CLK_h1為第一級填零及第一級低通濾波器的工作頻率，CLK_h2為第二級填零及第二級低通濾波器的工作頻率，以此實現內插法，提高采樣率；

存儲的差分處理后的本地信號也做同樣的插值濾波處理；

6)相關運算得到信號到達時間差：

將步驟5)插值濾波之后的本地信號與接收信號，再做一次復相關運算，運算的方法與步驟4)步快速捕獲時相同，根據相關得到相關峰值所對應的時刻位置；對于任意兩個天線的接收信號，將經過內插法處理的所述接收信號與本地序列分別復相關，得到兩個復相關值，兩個復相關峰值對應兩個時刻值，兩個復相關峰值位置處所對應的時間值差值即為這兩路天線接收信號的到達時間差。