一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法与定位装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法与定位装置，属于无线通信技术领域，该方法涉及超宽带无线定位系统中低速率采样精确时延估计问题，是一种让接收信号通过一个由多个抽样滤波器组成的梳状系统进行滤波，然后以较低的采样率对其进行采样后进行时延估计并完成定位的方法。本发明专利技术的采样率与传统的奈奎斯特频率比较要低很多，并且只取决于传播路径的数目和信号传播速率，和脉冲带宽无关，这显著降低了定位过程中对采样率要求，同时本发明专利技术还提供了一种基于压缩采样的超宽带无线定位装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法与定位装置，属于无线通信

技术介绍
超宽带技术由于其穿透能力强、精度高，在无线定位中的应用越来越广泛，常用的定位方法有基于到达角度估计、基于到达时间估计和基于接收信号强度估计。基于到达角度估计方法需要多天线阵列等技术，增加了系统的设备成本；基于接收信号强度估计方法依赖于路径损耗模型，对传播环境特别敏感。而基于到达时间估计方法利用了超宽带信号较高的时间分辨率，因此能体现超宽带信号高精度定位的优势。但是由于多径传播存在反射、衍射等现象，使得多径干扰和噪声成为制约超宽带时延估计和定位的关键因素。另外，由于超宽带信号的带宽比较大，传统的方法必须以奈奎斯特采样速率进行采样，这就制约了超宽带定位的应用。在专利201310174851.3中虽然提供了一种针对脉冲超宽带信号的首达路径检测定位的方法，但是采样率仍是基于传统的奈奎斯特采样频率，对于模数转换器(ADC)的要求很高，增加了系统复杂度和硬件成本。在专利201310065362.4中解决时延估计问题的方法是基于接收信号和发射脉冲之间的相关性展开的，然而，这种时间问题的解决方法却受制于发射脉冲的带宽，并且，只有在所有的路径都能有信号被接收或者只有一条传播路径时才能使用。当然，这在模拟域中已经被应用的相当广泛，因为模拟信号的相关是比较容易计算的，若是为了在数字域进行粗略的时延估计，那么进行相关运算的数据就必须是从样本中进行高速率的采样得到的，这大大增加了硬件成本。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法。该方法涉及超宽带无线定位系统中低速率采样精确时延估计问题，是一种让接收信号通过一个由多个抽样滤波器组成的梳状系统进行滤波，然后以较低的采样率对其进行采样后进行时延估计并完成定位的方法。采样率与传统的奈奎斯特频率相比要低很多，并且只取决于传播路径的数目和信号传播速率，和脉冲带宽无关，这显著降低了定位中对采样率的要求。在实际应用场合，比如传播路径很少或者传输脉冲带宽很大时，降低采样率就显得极为重要。因为当采样率降低后，对于模数转换器(ADC)的要求就会降低，能耗也会随之降低。本专利技术还提供一种实现上述方法的定位装置。术语解释：采样率：定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。按照奈奎斯特采样定理，如果信号是带限的，采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍，才能保证无失真地恢复原信号。本专利技术的技术方案如下：一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法，包括如下步骤：1)参考站利用北斗接收机，获得参考站的坐标信息，并将坐标信息传送至移动终端；2)参考站以恒定的速率1/T发送超宽带脉冲信号，所述脉冲信号经过多径传播到达移动终端；3)移动终端接收到参考站发射的坐标信息和脉冲信号，移动终端接收的脉冲信号即为接收信号，接收信号通过一个由L个采样滤波器组成的梳状系统进行滤波，然后以较低的采样率对经过多路滤波后的接收信号进行采样后得到采样值，由采样值得到采样矢量；4)移动终端用投影矩阵对接收到的采样矢量进行投影得到测量矢量；5)移动终端用ESPRIT算法从测量矢量中恢复出时延；6)移动终端根据参考站和移动终端的时延，计算出移动终端和参考站的距离。根据本专利技术优选的，还包括步骤7)：重复步骤1)-6)至少四次，使至少四个参考站与移动终端进行通信，计算出移动终端和所有参考站的距离；8)根据获得的移动终端和各参考站的距离以及各参考站的坐标信息，计算出移动终端的坐标。根据本专利技术优选的，步骤3)中，所述接收信号可以描述时变多径媒介中接收信号的通用模型，设定p(t)为发射的单个脉冲信号波形，由于多径效应的影响，设定K为由于多径效应产生的路径条数，每一条路径都有一个恒定的时延τi和增益ai，则单个脉冲信号到达移动终端的接收信号，表示为参考站以恒定的速率1/T发送超宽带脉冲信号，移动终端接收到的信号表示为： r ( t ) = Σ i = 1 K Σ n = - ∞ ∞ a i [ n ] p ( t - τ i - n T ) - - - ( 1 ) ]]>其中：n，T分别表示脉冲序号和脉冲周期，ai[n]表示第n个脉冲第i条路径的增益，p(t-τi-nT)表示移动终端接收到的第n个脉冲第i条路径的脉冲波形；根据DTFT变换定义，一个序列ai[n]的DTFT变换表示为： A ( e j ω T ) = Σ n = - ∞ ∞ a i [ n ] e - j ω n T - - - ( 2 ) ]]>根据连续时间信号的傅里叶变换定义，r(t)的傅里叶变换表示为： R ( ω ) = ∫ - ∞ ∞ r ( t ) e - j ω n T d t - - - ( 3 ) ]]>接收信号r(t)的傅里叶变换R(ω)写为： R ( ω ) = ∫ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1)参考站利用北斗接收机，获得参考站的坐标信息，并将坐标信息传送至移动终端；2)参考站以恒定的速率1/T发送超宽带脉冲信号，所述脉冲信号经过多径传播到达移动终端；3)移动终端接收到参考站发射的坐标信息和脉冲信号，移动终端接收的脉冲信号即为接收信号，接收信号通过一个由L个采样滤波器组成的梳状系统进行滤波，然后以较低的采样率对经过多路滤波后的接收信号进行采样后得到采样值，由采样值得到采样矢量；4)移动终端用投影矩阵对接收到的采样矢量进行投影得到测量矢量；5)移动终端用ESPRIT算法从测量矢量中恢复出时延；6)移动终端根据参考站和移动终端的时延，计算出移动终端和参考站的距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1)参考站利用北斗接收机，获得参考站的坐标信息，并将坐标信息传送至移动终端；2)参考站以恒定的速率1/T发送超宽带脉冲信号，所述脉冲信号经过多径传播到达移动终端；3)移动终端接收到参考站发射的坐标信息和脉冲信号，移动终端接收的脉冲信号即为接收信号，接收信号通过一个由L个采样滤波器组成的梳状系统进行滤波，然后以较低的采样率对经过多路滤波后的接收信号进行采样后得到采样值，由采样值得到采样矢量；4)移动终端用投影矩阵对接收到的采样矢量进行投影得到测量矢量；5)移动终端用ESPRIT算法从测量矢量中恢复出时延；6)移动终端根据参考站和移动终端的时延，计算出移动终端和参考站的距离。2.根据权利要求1所述的基于压缩采样的超宽带无线定位方法，其特征在于，还包括步骤7)和步骤8)：7)重复步骤1)-6)至少四次，使至少四个参考站与移动终端进行通信，计算出移动终端和所有参考站的距离；8)根据获得的移动终端和各参考站的距离以及各参考站的坐标信息，计算出移动终端的坐标。3.根据权利要求2所述的基于压缩采样的超宽带无线定位方法，其特征在于，步骤3)中，设定p(t)为发射的单个脉冲信号波形，由于多径效应的影响，设定K为由于多径效应产生的路径条数，每一条路径都有一个恒定的时延τi和增益ai，则单个脉冲信号到达移动终端的接收信号，表示为参考站以恒定的速率1/T发送超宽带脉冲信号，移动终端接收到的信号表示为： r ( t ) = Σ i = 1 K Σ n = - ∞ ∞ a i [ n ] p ( t - τ i - n T ) - - - ( 1 ) ]]>其中：n，T分别表示脉冲序号和脉冲周期，ai[n]表示第n个脉冲第i条路径的增益，p(t-τi-nT)表示移动终端接收到的第n个脉冲第i条路径的脉冲波形；根据DTFT变换定义，一个序列ai[n]的DTFT变换表示为： A ( e j ω T ) = Σ n = - ∞ ∞ a i [ n ] e - j ω n T - - - ( 2 ) ]]>根据连续时间信号的傅里叶变换定义，r(t)的傅里叶变换表示为： R ( ω ) = ∫ - ∞ ∞ r ( t ) e - j ω n T d t - - - ( 3 ) ]]>接收信号r(t)的傅里叶变换R(ω)写为： R ( ω ) = ∫ - ∞ ∞ Σ i = 1 K Σ n = - ∞ ∞ a i [ n ] p ( t - τ i - n T ) e - j ω n T d t = Σ i = 1 K Σ n = - ∞ ∞ a i [ n ] P ( ω ) e - j ω ( τ i + n T ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊海良，黄涌，马丕明，朱维红，许宏吉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37