[發(fā)明專利]復數(shù)擴頻信號的到達時間差測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110361270.1
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102508200A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡愛群;田華梅;錢妍池;梁彪
• 申請（專利權(quán)）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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線定位技術(shù)領(lǐng)域，為一種復數(shù)擴頻信號的到達時間差測量方法。

背景技術(shù)

TDOA(Time?Difference?of?Arrival，到達時間差)測量一般利用信號處理技術(shù)對兩個或兩個以上到達接收天線的信號的到達時間差進行測量，根據(jù)測得的達時間差，就可以確定發(fā)射源的位置。

根據(jù)不同的測量環(huán)境、不同的測量要求和不同的使用信號，分別有不同的到達時間差測量方法。常用的有相位法、相關(guān)法、廣義相關(guān)法和自適應濾波器參數(shù)模型法等。例如遠程導航系統(tǒng)LORAN-C(Long?Range?Navigation)在測量信號到達時間差時就采用了相位法。

全球定位系統(tǒng)GPS定位精度在十幾米左右，在某些特定的應用場景中如碼頭集裝箱定位、或倉庫內(nèi)貨物的定位等需要較高精度，精度需要在一兩米以內(nèi)。受限于實現(xiàn)成本，如何得到較高精度到達時間差，是個有挑戰(zhàn)的問題，這里的高精度是指如這里提到的一兩米，化成時間是1/300～2/300微秒的精度。現(xiàn)有技術(shù)一般會選用寬帶發(fā)射信號，如擴頻信號和超寬帶信號等。通常發(fā)射信號占用的帶寬越寬，則可以獲得的測量時間差的精度越高。由于信道帶寬和器件的限制，不可能一味提高信號帶寬。提高接收信號的采樣率，是另一個提高時間差測量精度的有效方法，但消耗的硬件資源會很快的上升。所以在進行高精度時間差測量時，如何盡量減少硬件資源，是需要克服的難題。另外，在進行時間差測量時，收發(fā)兩端載波頻偏會影響測量精度，如何減少這種影響，容忍較大的載波頻偏，是另一個需要克服的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是：解決如何在測量TDOA時提高測量精度，并節(jié)省硬件上為提取時間差、實現(xiàn)高精度測量所消耗的資源問題，以及如何減少收發(fā)兩端載波頻偏對測量精度的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：復數(shù)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，發(fā)射機以無線方式發(fā)送復數(shù)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(jīng)過擴頻調(diào)制，再經(jīng)過OQPSK調(diào)制后的信號，分別作為發(fā)送信號的同相分量和正交分量；|x(n)|是發(fā)送信號x(n)的模值，φ(n)是表示發(fā)送信號的相位；

接收機對接收的復數(shù)擴頻信號序列采用復相關(guān)法實現(xiàn)捕獲，并根據(jù)復相關(guān)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(shù)擴頻信號序列之后，對復數(shù)擴頻信號序列進行復數(shù)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(shè)一個chip寬度，以便準確計算時延，然后通過內(nèi)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(nèi)插法處理，對于任意兩個天線接收的復數(shù)擴頻信號序列信號，將經(jīng)過內(nèi)插法處理的所述接收的信號與本地序列信號分別復相關(guān)，得到兩個復相關(guān)值，兩個復相關(guān)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。

進一步的，對一段時間內(nèi)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(shù)根據(jù)實際測量的環(huán)境確定，測量環(huán)境越好過濾數(shù)越少，過濾個數(shù)最多不超過所得到達時間差總個數(shù)的1/2。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)信號調(diào)制，發(fā)送：

發(fā)射機將隨機發(fā)送的比特先經(jīng)過擴頻調(diào)制，再經(jīng)過OQPSK調(diào)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(diào)制到高頻載波上，通過天線以無線形式發(fā)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(fā)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(shù)擴頻序列，即接收信號為：r_m(n)＝I_m(n)+jQ_m(n)；

3)接收機設(shè)有時間差測量系統(tǒng)，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD和計算模塊，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD對接收信號采樣，傳給計算模塊：

模/數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)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(jù)實際存在的資源量選擇；