[發明專利]一種基于噪聲消除的到達時間估計方法

有效

• 申請號: 201810244043.2
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108521282B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 馮義志;楊平平;張軍;寧更新;季飛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B1/10
• 分類號: H04B1/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于噪聲消除的到達時間估計方法，包括下列步驟：S1、發射端發送超寬帶脈沖序列；S2、對接收到的超寬帶信號進行功率采樣；S3、對功率采樣序列求均值；S4、計算得到噪聲均值向量；S5、采用秩和方法得到功率均值列向量的秩；S6、設置判決門限；S7、進行TOA估計。本發明提出的針對功率采樣序列的均值操作，可以有效消除接收信號中的噪聲，提高到達時間估計的精度。本發明采用秩和方法，用以鑒別超寬帶脈沖信號和噪聲信號，這使得鑒別過程更易操作，結果更準確可靠，并且可以有效去除離群值的影響。本發明采用的門限設置方法，形式簡單，且可靠有效。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，涉及一種脈沖超寬帶信號定位技術，具體涉及一種基于噪聲消除的到達時間估計方法。

背景技術

脈沖超寬帶信號具有時間分辨率極高、穿透能力強等特點，理論上，能提供厘米甚至是毫米級的測距和定位精度，并且發射時無需調制，系統復雜度低，因而在高精度定位技術中，得到廣泛關注。到達時間(TOA)估計可以充分發揮脈沖超寬帶技術的優勢，具有較高的測距和定位精度，并且實現復雜度較低，是脈沖超寬帶定位技術的常用方法。TOA估計的關鍵在于如何根據接收端信號，在多徑信道中探測到第一路徑(FP)，即直達路徑，消除接收端信號中的噪聲干擾顯得尤其重要。

在脈沖超寬帶定位系統中，目前已經有大量的研究提出了各種關于TOA估計的方法，比如最大能量選擇(MES)算法和跨越閾值(TC)算法。MES算法將最大能量塊所在的時間作為TOA估計值。然而在實際情況下，第一路徑往往不是能量最強路徑，這使得MES算法性能欠佳。因此，許多方法是基于TC算法探測第一路徑。TC算法將能量檢測接收機的輸出和一個固定閾值相比較，第一個跨越門限的能量塊所在的時間作為TOA的估計值。但是這種算法需要一個經復雜設計得到的最優門限。在信道模型較復雜，信道先驗信息未知的情況下，設置這樣的最優門限非常困難。

公開號為CN103297087，公開日為2013年9月11日的發明專利“一種超寬帶定位系統的到達時間估計方法”，提供了一種基于恒虛警率約束的門限解算模型，雖然計算過程對能量序列進行了預先排序，減少了完成到達時間估計的計算量，但是該發明沒有消除噪聲干擾，并且所述方法中涉及一個用于解算出最優門限的迭代過程，時間復雜度高。公開號為CN106131949A，公開日為2016年11月16日的發明專利“一種基于能量均值檢測的到達時間估計方法”提供了一種基于時間平均的最大最小能量均值來設置最優歸一化門限，從而設置判決門限的方法，雖然利用多個脈沖進行時間平均降低了噪聲對TOA估計的影響，但是該發明并不是主動式地消除噪聲，效果有待提高。公開號為CN106879068A，公開日為2017年6月20日的發明專利“一種強多徑環境下信號的到達時間估計方法”通過對接收信號的歸一化濾波，降低了噪聲干擾，同時減小了信號傳輸損失帶來的影響，但是該發明只能抑制接收信號中的突發噪聲。

綜上所述，現有的TOA估計方法沒有充分消除噪聲影響，并且門限設置方法復雜，在實際情況下都有性能缺陷，高精度定位算法還有待提高。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于噪聲消除的到達時間估計方法，通過對接受端信號進行去噪處理提高TOA估計精度。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于噪聲消除的到達時間估計方法，所述的到達時間估計方法包括以下步驟：

S1、發射端向接收端發送超寬帶脈沖序列；