[發(fā)明專利]基于正交頻分復(fù)用波形的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間測(cè)距方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110247187.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN113009413A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧小峰;劉燦;楊鯤;胡杰;萬瑞;李洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/02
• 分類號(hào): G01S5/02;H04L27/26
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開了一種基于正交頻分復(fù)用波形的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間測(cè)距方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)易受無線信道中噪聲和多經(jīng)干擾的問題。其實(shí)現(xiàn)方案是：1)接收端提取訓(xùn)練序列；2)根據(jù)訓(xùn)練序列計(jì)算初始信道頻域相應(yīng)；3)在初始信道頻域響應(yīng)對(duì)應(yīng)的時(shí)域形式的信道沖擊響應(yīng)中去除噪聲和多經(jīng)干擾信號(hào)，得到處理后的信道頻域響應(yīng)；4)從處理后的信道頻域響應(yīng)中提取子載波間的相位差并計(jì)算信號(hào)飛行時(shí)間；5)利用信號(hào)飛行時(shí)間計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的距離。本發(fā)明通過在信道沖擊響應(yīng)中去除噪聲和多經(jīng)干擾信號(hào)，相較于現(xiàn)有正交頻分復(fù)用波形測(cè)距算法提高了一個(gè)量級(jí)的測(cè)距精度，且在存在噪聲和多經(jīng)干擾的無線信道中能穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)分米級(jí)的單次測(cè)距性能，可用于通信與定位一體化系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測(cè)控通信領(lǐng)域，更進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的測(cè)距方法，可用于通信與定位一體化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們對(duì)于基于位置的服務(wù)需求也越來越大，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)目前可以達(dá)到米級(jí)的定位精度，但是衛(wèi)星定位信號(hào)強(qiáng)度低，受環(huán)境影響大，并且無法提供更高精度的定位服務(wù)。任光亮，空間精密OFDM測(cè)距技術(shù)[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2009一文描述了一種通過提取OFDM子載波間相位差的實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)距方法。該方法具有非常高的理論精度，但是由于信號(hào)在無線環(huán)境中易受噪聲和多徑等干擾的影響導(dǎo)致該方法中的子載波相位發(fā)生變化，在常見的室內(nèi)外場(chǎng)景中只能獲得米級(jí)的測(cè)距精度。

武漢大學(xué)在其專利號(hào)為CN201710464875.0專利文獻(xiàn)中公開了一種多載波數(shù)字廣播信號(hào)載波平滑高精度時(shí)延估計(jì)方法。其首先進(jìn)行接收信號(hào)的定時(shí)同步和載波同步；然后通過對(duì)單位時(shí)間內(nèi)多個(gè)到達(dá)符號(hào)的多徑信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照最早到達(dá)路徑最多頻次檢測(cè)原則，提取OFDM到達(dá)的首徑信息；最后通過相位平滑進(jìn)一步消除噪聲以提高時(shí)延估計(jì)的準(zhǔn)確性。該方法通過統(tǒng)計(jì)方式識(shí)別首徑信息和消除測(cè)量噪聲，提高了測(cè)距的穩(wěn)定性。但是，該方法由于識(shí)別的首徑時(shí)延單位為采樣周期，因而精度較低，且處理時(shí)延大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)OFDM測(cè)距技術(shù)的不足，提出一種正交頻分復(fù)用波形測(cè)距中的噪聲和多徑抑制方法，以減小測(cè)距時(shí)延，提高OFDM測(cè)距的精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，在信道頻域響應(yīng)中提取子載波間相位差之前，首先將信道頻域響應(yīng)變換為時(shí)域形式且只保留主徑及其附近的信道沖擊響應(yīng)信息，然后將信道沖擊響應(yīng)再變換為信道頻域響應(yīng)，進(jìn)行相位提取等操作直至完成測(cè)距功能。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

(1)對(duì)接收信號(hào)分別進(jìn)行定時(shí)同步和載波同步，記錄定時(shí)同步的時(shí)間信息t_i，并從載波同步的信號(hào)中提取出訓(xùn)練序列q；

(2)獲取抑制噪聲和多徑干擾的信道頻域響應(yīng)：

(2a)對(duì)訓(xùn)練序列q進(jìn)行FFT運(yùn)算，再與本地頻域形式的訓(xùn)練序列Q進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到初始信道頻域響應(yīng)H；

(2b)對(duì)初始信道頻域響應(yīng)H進(jìn)行IFFT運(yùn)算，得到初始信道沖擊響應(yīng)h；

(2c)檢測(cè)初始信道沖擊響應(yīng)h的峰值，保留峰值及其左右各k個(gè)位置上的值，其余位置置零，得到處理后的信道沖擊響應(yīng)r；

(2d)將處理后的信道沖擊響應(yīng)r進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到抑制噪聲和多徑干擾的信道頻域響應(yīng)R；

(3)在抑制噪聲和多徑干擾的信道頻域響應(yīng)R的子載波之間進(jìn)行相關(guān)求和運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為相位角，即為相鄰子載波之間的相位差

(4)將相鄰子載波間的相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)延信息，并與(1)記錄的定時(shí)同步時(shí)間信息組合，得到精細(xì)的信號(hào)飛行時(shí)間t，再根據(jù)該飛行時(shí)間t通過TOA測(cè)距算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間的距離：d＝t·c，其中c為光速。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明由于在信道沖擊響應(yīng)上去除主徑外的噪聲和多徑信息，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，提高了至少一個(gè)量級(jí)的測(cè)距精度。