[發(fā)明專利]一種超寬帶定位系統(tǒng)的到達(dá)時間估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310174851.3
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103297087A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王翔;尹勃;徐斌;趙澤西;盧穎;張溢
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04B1/7163
• 分類號: H04B1/7163;H04B17/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種超寬帶定位系統(tǒng)的到達(dá)時間估計方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：接收信號的能量采樣

對幀同步后的超寬帶信號進(jìn)行平方率檢波，得到接收信號的能量信號；再對此能量信號進(jìn)行采樣，得到接收信號的能量采樣序列；

接收到的跳時脈沖超寬帶信號表示為

r(t)=Σj=-∞∞djwmp(t-jTf-cjTc-τtoa)+n(t)]]>

其中，T_f和T_c分別為幀長和碼片長度；d_j為第j幀信號的極性，τ_toa為信號的到達(dá)時間；n(t)為高斯白噪聲，均值為零，方差為δ²，雙邊功率譜密度為N₀/2；c_j是為了防止不同用戶之間的信號沖突而分配的跳時碼，它決定了脈沖碼片在一幀中的位置，第k個用戶分配到的跳時序列滿足；w_mp(t)為接收到的多徑脈沖波形，表示為

wmp(t)=EΣl=1Lalw(t-τl)]]>

w(t)為能量歸一化的單個脈沖波形，持續(xù)時間為T_p；L為多徑數(shù)量；a_l和τ_l分別為信道的衰減系數(shù)和延遲系數(shù)；E為脈沖能量，接收到的信號通過能量積分后，以采樣間隔T_b對能量信號進(jìn)行采樣，令N_f為每個符號中的幀的數(shù)目，每個符號的能量序列為

z[n]=Σj=1Nf∫(j-1)Tf+(cj+n-1)Tb(j-1)Tf+(cj+n)Tb|r(t)|2dt]]>

步驟二：判決門限的解算

對信號的能量采樣序列進(jìn)行排序，在恒虛警率約束下通過迭代優(yōu)化解算出一個能量門限值，用于對接收信號的首達(dá)路徑進(jìn)行判決；

在信號已經(jīng)完成幀同步之后，首徑的到達(dá)時間在一幀中均勻分布，考慮到幀間的串?dāng)_，將觀察間隔設(shè)置為1.5倍的幀長；令T_ob為觀察間隔，則序列z[n]包括個采樣能量塊；其中包括純噪聲能量塊和信號與噪聲的疊加能量塊；

在能量序列的K個能量采樣塊中，包括純噪聲能量塊和噪聲信號疊加能量塊兩種；其中，純噪聲能量塊的值服從中心卡方分布，均值為Mδ²，方差為2Mδ⁴，自由度為M=2BT_b+1，B為信號的帶寬；噪聲信號疊加能量塊則服從非中心卡方分布，均值為Mδ²+E_n，方差為2Mδ⁴+4δ²E_n，E_n為該采樣塊的信號能量；迭代門限算法采用尼曼-皮爾遜假設(shè)檢驗，在恒虛警率約束下迭代出門限值，對于中心卡方分布的噪聲能量塊，虛警率P_fa和門限值ξ的關(guān)系如下：

Pfa=P(z[n]>ξ)=exp(-ξ2δ2)Σk=0M/2-11k!(ξ2δ2)k]]>

該迭代門限選擇算法的的關(guān)鍵是在將噪聲能量塊依次排除，在每次迭代中完成門限值的更新，從而檢測出一部分噪聲能量塊，當(dāng)所有噪聲能量塊都被檢測出來時，門限的性能達(dá)到算法最優(yōu)的到達(dá)時間估計精度；

步驟三：信號的到達(dá)時間估計

利用步驟二中得到的判決門限從能量采樣序列中檢測出信號的首達(dá)路徑，信號的首達(dá)路徑的到達(dá)時間即為信號到達(dá)時間的估計值，在低信噪比的條件下，通過預(yù)定的補(bǔ)償策略完成門限失效情況下的到達(dá)時間估計；

在解算出最優(yōu)門限值后，首達(dá)路徑所在能量塊的到達(dá)時間表示為

τITS={minK(k|z[k]>ξopt)-0.5}×Tb]]>

在低信噪比的條件下，純噪聲能量塊和噪聲信號疊加能量塊間的采樣值之間沒有顯著性的差異，這會導(dǎo)致迭代的門限值無法完成檢測的情況，即迭代出的門限值大于搜索序列中所有的能量采樣值；在門限失效的情況下，采用兩種補(bǔ)償策略，第一種是以觀察序列中的最強(qiáng)值的到達(dá)時間作為信號的到達(dá)時間，第二種是以觀察窗的中值作為信號的到達(dá)時間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶定位系統(tǒng)的到達(dá)時間估計方法，其特征在于：步驟二所述的迭代門限選擇算法的基本流程如下所示：

1)將觀察序列z[n]按升序進(jìn)行排序，假設(shè)前N個能量塊都為噪聲塊；

2)利用這N個能量塊的值和虛警概率P_fa計算出對應(yīng)的門限值ξ，這樣小于此門限值的能量塊都被認(rèn)為是噪聲塊；

3)利用上一步檢測出來的噪聲塊和虛警概率P_fa重新計算對應(yīng)的門限值，更新的門限值又會檢測出一組新的噪聲塊；

4）不斷重復(fù)這個過程直到迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值，此時得到的門限值記為ξ_opt。