[發明專利]一種超寬帶定位的TOA估計方法及電路總成

有效

• 申請號: 201310065362.4
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103118428A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 李冀
• 申請（專利權）人: 無錫優辰電子信息科技有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04B1/7163;H04B17/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

技術領域

本發明屬于超寬帶無線通信技術領域，具體涉及一種超寬帶的首達脈沖到達時間估計方法。

背景技術

超寬帶(Ultrawideband，簡稱UWB)技術是一種襯疊式使用頻譜資源的新型無線通信技術，在近年來得到了廣泛的關注，其發送信號帶寬可高達數吉赫茲（GHz）。UWB技術一般可以分為脈沖體制和載波體制兩種基本的實現方式。脈沖體制UWB通過基帶脈沖序列傳輸信息，具有系統結構簡單、成本低、功耗低等優點，在無線通信、測距、探測等領域具有廣泛的用途；脈沖體制UWB技術，在接收端可采用峰值檢測、能量檢測、模擬相關檢測等方法，其處理性能受到模擬處理的限制，一般只能實現較低速率的無線通信和探測、定位等功能。

IEEE針對UWB諸多應用場景頒布了相關標準，包括高速無線個域網標準IEEE802.15.3和低速無線傳感器網絡標準IEEE802.15.4，以及用于醫療監測領域的無線身域網（Wireless?Body?Area?Network，簡稱WBAN）。

脈沖無線電超寬帶的脈沖寬度為納米級，在理論上可以獲得厘米級的定位精度。在脈沖超寬帶定位系統中，如何精確的估計脈沖超寬帶（IR-UWB）信號的到達時間（TOA）是定位精度的關鍵問題。脈沖超寬帶基于能量檢測的非相干接收方法由于其結構簡單而越來越受到研究人員的重視。傳統的基于能量檢測的非相干接收機的基本原理是接收信號先經濾波放大，然后模擬平方律-積分器件進行能量積分，最后A/D采樣后進行基帶處理，通過確定直達路徑位置，從而做出TOA估計，TOA的估計精度和A/D的取樣率有很大關系，要獲得納秒級的TOA估計精度需要高達吉赫茲以上的取樣率，對A/D的要求仍然很高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對A/D取樣率要求低的超寬帶定位TOA估計方法。

為達到上述目的，本發明是這樣實現的：一種基于非相干能量檢測的超寬帶定位TOA估計方法，包括如下步驟：

步驟A，接收到的脈沖超寬帶信號在能量積分之后觸發生成矩形脈沖信號；

步驟B，矩形脈沖信號經RC積分電路生成RC充放電波形信號；

步驟C，A/D轉換器對輸出的RC充放電波形信號進行數字化并送入數字信號處理器；

步驟D，進行TOA粗估計，數字信號處理器對A/D轉換器輸出的數字化的信號進行處理，得到RC電路起始充電時間的估計位置；

步驟E，進行TOA細估計，根據充電電壓與充電時間的關系獲得精確的RC電路充電起始時間，該時間即為精確的TOA估計。

具體的，所述步驟A為：

設定比較器門限值,該門限值應能在較寬的信噪比范圍上取得較好的性能，從而保證提取直達脈沖位置信息的準確性；

在設定的門限下，能量積分輸出的信號經比較器及脈沖延展電路得到寬度較寬的矩形脈沖信號，該矩形脈沖信號的上升沿位置保留了直達脈沖信號到達的位置信息，從而通過提取矩形脈沖信號上升沿位置信息可以估計直達脈沖信號到達的位置；

具體的，所述步驟B為：

在矩形脈沖信號的上升沿到來時開始對RC積分電路的電容進行充電，在矩形脈沖信號的下降沿到來時電容結束充電并開始放電，輸出RC充放電波形信號，RC電路的起始充電起始時間保留了矩形脈沖信號的上升沿位置信息，從而通過估計RC電路的起始充電時間可以估計直達脈沖信號到達的位置；

步驟C為：RC充放電波形信號經A/D轉換器采樣轉化為數字波形信號；

具體的，所述步驟D為：

數字波形信號從零值變化為非零值的位置包含RC電路充電的起始位置信息對采樣得到的數據進行處理得到RC電路起始充電時間的估計位置，該估計位置的準確性取決于A/D轉換器的采樣速率；

具體的，所述步驟E為：

根據充電電壓與充電時間的關系，由RC電路起始充電時間估計位置處的電壓值獲得精確的RC電路充電起始時間，這個時間即為精確的直達脈沖信號的TOA估計。