[發(fā)明專利]一種近場超寬帶信號相位差測距方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN107045121A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 張曉彤;劉知洋;王鵬;孫國路;梁泰琳;徐金梧
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發(fā)明涉及通信技術領域，特別是指一種近場超寬帶信號相位差測距方法及系統(tǒng)。

背景技術

近年來，隨著無線通信技術的發(fā)展，定位技術受到越來越多的關注。但是由于應用環(huán)境的復雜性，常用的高頻無線信號，例如，超寬帶、無線保真(Wireless Fidelity、WIFI)，存在多徑干擾和衰減嚴重的問題，影響定位精度。

現(xiàn)有技術一，專利CN100338478C提出了一種近場超寬帶信號相位差測距系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用近場電磁場測距(Near Field Electromagnetic Ranging，NFER)技術來實現(xiàn)實時定位的系統(tǒng)，并利用低頻信號能夠更好地穿透建筑物的特點，有效地減少多徑干擾，同時能夠提高在非視距情況下的定位精度。NFER是利用電場天線和磁場天線在近場分別接收發(fā)射信號的電場部分和磁場部分，然后利用近場電磁場之間的相位差與通信距離之間的關系來確定測距目標之間的通信距離，利用鑒相器測量接收信號中電場成分和磁場成分的相位差不僅需要發(fā)射信號的先驗頻譜知識，還需要電場成分信號處理通道和磁場成分信號處理通道同步工作，因此同步精度會影響鑒相器對電磁場相位的鑒別精度，進而影響測距精度，系統(tǒng)結構復雜且對系統(tǒng)工作條件要求高。

現(xiàn)有技術二、專利CN104914426A提供一種基于自適應時延估計(Adaptive Time Delay Estimation，ATDE)的近場測距系統(tǒng)及方法，將鑒相轉化為時延估計，有效的規(guī)避了現(xiàn)有技術一中鑒相器存在的種種問題。ATDE算法能夠在每個采樣周期更新時延估計值，因此可用于實時測距系統(tǒng)中。而NFER技術的有效測距范圍為0.1倍的波長到0.5倍的波長，因此對于采用低頻窄帶信號的近場數(shù)字測距而言，難以同時實現(xiàn)遠、近距離的有效測距。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種近場超寬帶信號相位差測距方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術所存在的近場數(shù)字測距系統(tǒng)難以同時實現(xiàn)遠、近距離的有效測距的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種近場超寬帶信號相位差測距方法，包括：

在接收端，接收發(fā)送端發(fā)射的低頻超寬帶信號，其中，接收到的信號包括：發(fā)送端發(fā)射的所述低頻超寬帶信號中的電場成分和磁場成分；

獲取所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率；

根據(jù)所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率與通信距離的關系，確定測距目標之間的距離。

進一步地，所述低頻超寬帶信號包括：低頻多頻正弦疊加信號或低頻寬帶脈沖信號。

進一步地，所述方法還包括：

利用DDS技術產生所述低頻多頻正弦疊加信號；

利用階躍恢復二極管電路產生所述低頻寬帶脈沖信號。

進一步地，所述獲取所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率包括：

對所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分分別進行采樣轉換，得到所述電場成分對應的數(shù)字電場信號和所述磁場成分對應的數(shù)字磁場信號；

對所述數(shù)字電場信號和所述數(shù)字磁場信號進行頻域分析，得到所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率。

進一步地，所述對所述數(shù)字電場信號和所述數(shù)字磁場信號進行頻域分析，得到所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率包括：

對所述數(shù)字電場信號和所述數(shù)字磁場信號分別進行頻域變換，得到所述數(shù)字電場信號對應的頻域特性和所述數(shù)字磁場信號對應的頻域特性；

根據(jù)所述數(shù)字電場信號對應的頻域特性得到所述數(shù)字電場信號對應的相頻特性，根據(jù)所述數(shù)字磁場信號對應的頻域特性得到所述數(shù)字磁場信號對應的相頻特性；

根據(jù)所述數(shù)字電場信號對應的相頻特性和所述數(shù)字磁場信號對應的相頻特性，得到所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率。

本發(fā)明實施例還提供一種近場超寬帶信號相位差測距系統(tǒng)，包括：

接收模塊，用于在接收端，接收發(fā)送端發(fā)射的低頻超寬帶信號，其中，接收到的信號包括：發(fā)送端發(fā)射的所述低頻超寬帶信號中的電場成分和磁場成分；

獲取模塊，用于獲取所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率；

確定模塊，用于根據(jù)所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差和對應頻率與通信距離的關系，確定測距目標之間的距離。

進一步地，所述低頻超寬帶信號包括：低頻多頻正弦疊加信號或低頻寬帶脈沖信號。