基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法及信号收发装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法和信号收发装置。方法包括通过响应节点和/或发起节点接收测距信号和发送时间戳，估计与接收到的测距信号相对应的直射径到达时间戳和最强径到达时间戳，估计出与直射径到达时间戳相对应的直射径到达时间戳测量误差，与最强径到达时间戳相对应的最强径到达时间戳测量误差；发起节点或响应节点根据发送时间戳、直射径到达时间戳、最强径到达时间戳、直射径到达时间戳误差和最强径到达时间戳误差计算信号飞行时间，进而完成测距。本发明专利技术的方法组合了最强径到达时间戳估计和直射径到达时间戳估计，能抑制非对称的加性噪声和干扰水平给测距带来的影响，减小测距误差，实现更鲁棒的无线测距。现更鲁棒的无线测距。现更鲁棒的无线测距。

【技术实现步骤摘要】
基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法及信号收发装置


[0001]本专利技术涉及无线通信测距
，尤其涉及一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法和信号收发装置。

技术介绍

[0002]基于飞行时间测量的双向测距技术，由于其无需严格的时间同步，可以达到很高的测距精度，在各类无线系统中均有应用，例如卫星间相对测距，星地间测距，基站
‑
手机间测距，UWB(Ultra
‑
Wide Bandwidth，超宽带)设备间相对测距等等。然而无线传输信道存在复杂情况，如参与双向测距的两台设备均需要收发信号，其内部的热噪声水平可能不同，且两台设备位于环境中的不同的位置，外部干扰的强度也可能不同，因此即使满足了信道衰落对称的假设，即双向测距信号经历了完全相同的信号强度衰减和时频选择性衰落，但接收机所遭受的加性噪声和干扰也可能完全不同。
[0003]对此，现有的关于无线双向测距方法的优化技术主要通过两个方面来实现：一是优化测距信令；通过增加更多的测距信令，或者缩短测距单个测距信令长度和处理时延来减少单次测距周期，从而减少时钟漂移带来的测距误差。二是优化直射径到达时延估计算法；通过优化直射径信号到达时延估计算法，减少直射径信号的到达时延估计误差，从而减少多径效应带来的测距误差。
[0004]然而，测距信令的优化和直射径到达时延估计算法的优化均未考虑到参与测距的两台设备接收到的加性噪声和干扰水平的差异引起的次优化问题。尤其在远程测距场景下，其中一台设备可能位于强电磁干扰环境中，而另外一台设备可能位于弱电磁干扰环境中，抑或是其中一台设备的发射功率受到了严格的限制，总之两台设备接收到的加性噪声和干扰水平可能完全不一样，在噪声和干扰水平较弱的一方，可以测出高精度直射径到达时延，而在另一方只能测出最强径的到达时延。在这种情况下，仅仅利用直射径到达时延的传统技术无法解决上述次优化问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法和信号收发装置，用以解决现有技术中存在的非对称加性噪声和干扰给测距带来的次优化问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一方面公开了一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法，所述方法包括：
[0008]确定发起节点和响应节点；
[0009]通过发起节点和/或响应节点发送测距信号，并记录与测距信号相对应的发送时间戳；
[0010]响应节点和/或发起节点接收测距信号和发送时间戳，估计出与接收到的测距信号相对应的直射径到达时间戳和最强径到达时间戳，以及估计出与直射径到达时间戳相对
应的直射径到达时间戳测量误差，与最强径到达时间戳相对应的最强径到达时间戳测量误差；
[0011]发起节点或响应节点根据发送时间戳、直射径到达时间戳、最强径到达时间戳、直射径到达时间戳误差和最强径到达时间戳误差计算信号飞行时间，进而完成测距。
[0012]在本专利技术一些实施例中，所述发起节点和响应节点为测距信号收发机。
[0013]在本专利技术一些实施例中，所述估计出与接收到的测距信号相对应的直射径到达时间戳和最强径到达时间戳的具体步骤为：
[0014]根据直射径到达时延估计从时域CIR幅值响应中估计出直射径到达时间戳和直射径到达时间戳测量误差；
[0015]在CIR幅值最高点附近作拟合曲线，取拟合曲线的最高点的位置得到估计的最强径到达时间戳，通过组合利用峰值点邻域内多个点完成信号时延估计以获得抗噪声性能，并通过理论推导或实测数据拟合估计出最强径到达时间戳测量误差。
[0016]在本专利技术一些实施例中，所述直射径到达时延估计包括：基于门限方法的直射径到达时延估计或基于多径效应消除法的直射径到达时延估计。
[0017]作为其中一个优选的技术方案，所述双向增强测距方法为单边双向增强测距方法，具体包括如下步骤：
[0018]由发起节点向作为响应节点发送第一测距信号，并记录第一发送时间戳T1；
[0019]响应节点接收到发起节点发来的第一测距信号，估计出第一直射径到达时间戳R
11
、第一直射径到达时间戳测量误差e
11
、第一最强径信号到达时间戳R
12
，以及第一最强径信号到达时间戳测量误差e
12
；
[0020]响应节点向发起节点发送第二测距信号，第二测距信号包含第二发送时间戳T2、第一直射径到达时间戳R
11
、第一直射径到达时间戳测量误差e
11
、第一最强径信号到达时间戳R
12
和第一最强径信号到达时间戳测量误差e
12
；
[0021]发起节点接收到响应节点发来的第二测距信号，进一步估计出第二直射径的到达时间戳R
21
、第二直射径到达时间测量误差e
21
、第二最强径信号到达时间戳R
22
，以及第二最强径信号到达时间戳测量误差e
22
；
[0022]发起节点根据两个发送时间T
i
、四个到达时间戳R
ij
及相应的四个到达时间戳测量误差e
ij
(其中i＝1、2；j＝1、2)计算得出距离d，进而完成测距。
[0023]在本专利技术一些实施例中，所述发起节点根据两个发送时间T
i
、四个到达时间戳R
ij
及相应的四个到达时间戳测量误差e
ij
(其中i＝1、2；j＝1、2)计算得出距离d，进而完成测距具体包括以下步骤：
[0024]发起节点计算权重w
i
＝(e
i2
+e
i1
)
‑1，i＝1，2；
[0025]发起节点计算直射径和最强径加权平均到达时间差
[0026]发起节点计算信号飞行时间进而完成测距d＝cτ，其中c为光速；
[0027]作为其中另一个优选的技术方案，所述双向增强测距方法为双边双向增强测距方法具体包括如下步骤：
[0028]发起节点向响应节点发送第一测距信号，并记录第一发送时间戳T1；
[0029]响应节点接收第一测距信号，而后向发起节点发送第二测距信号，第二测距信号包含第二发送时间戳T2、第一直射径到达时间戳R
11
、第一直射径到达时间戳测量误差e
11
、第一最强径信号到达时间戳R
12
和第一最强径信号到达时间戳测量误差e
12
；
[0030]发起节点接收到第二测距信号后，向响应节点发送第三测距信号，第三测距信号中进一步包含第一发送时间戳T1、第三发送时间戳T3、第二直射径到达时间戳R
21
、第二直射径到达时间测量误差e
21
、第二最强径信号到达时间戳R
22本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法，其特征在于，所述方法包括：确定发起节点和响应节点；通过发起节点和/或响应节点发送测距信号，并记录与测距信号相对应的发送时间戳；响应节点和/或发起节点接收测距信号和发送时间戳，估计出与接收到的测距信号相对应的直射径到达时间戳和最强径到达时间戳，以及估计出与直射径到达时间戳相对应的直射径到达时间戳测量误差，与最强径到达时间戳相对应的最强径到达时间戳测量误差；发起节点或响应节点根据发送时间戳、直射径到达时间戳、最强径到达时间戳、直射径到达时间戳误差和最强径到达时间戳误差计算信号飞行时间，进而完成测距。2.根据权利要求1所述的一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法，其特征在于：所述发起节点和响应节点为测距信号收发机。3.根据权利要求1所述的一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法，其特征在于，所述估计出与接收到的测距信号相对应的直射径到达时间戳和最强径到达时间戳的具体步骤为：根据直射径到达时延估计从时域CIR幅值响应中估计出直射径到达时间戳和直射径到达时间戳测量误差；在CIR幅值最高点附近作拟合曲线，取拟合曲线的最高点的位置得到估计的最强径到达时间戳，通过组合利用峰值点邻域内多个点完成信号时延估计以获得抗噪声性能，并通过理论推导或实测数据拟合估计出最强径到达时间戳测量误差。4.根据权利要求3所述的一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法，其特征在于，所述直射径到达时延估计包括：基于门限方法的直射径到达时延估计或基于多径效应消除法的直射径到达时延估计。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法，其特征在于，所述双向增强测距方法为单边双向增强测距方法，具体包括如下步骤：由发起节点向作为响应节点发送第一测距信号，并记录第一发送时间戳T1；响应节点接收到发起节点发来的第一测距信号，估计出第一直射径到达时间戳R
11
、第一直射径到达时间戳测量误差e
11
、第一最强径信号到达时间戳R
12
，以及第一最强径信号到达时间戳测量误差e
12
；响应节点向发起节点发送第二测距信号，第二测距信号包含第二发送时间戳T2、第一直射径到达时间戳R
11
、第一直射径到达时间戳测量误差e
11
、第一最强径信号到达时间戳R
12
和第一最强径信号到达时间戳测量误差e
12
；发起节点接收到响应节点发来的第二测距信号，进一步估计出第二直射径的到达时间戳R
21
、第二直射径到达时间测量误差e
21
、第二最强径信号到达时间戳R
22
，以及第二最强径信号到达时间戳测量误差e
22
；发起节点根据两个发送时间T
i
、四个到达时间戳R
ij
及相应的四个到达时间戳测量误差e
ij
(其中i＝1，2；j＝1，2)计算得出距离d，进而完成测距。6.根据权利要求5所述的一种基于双到达时间戳测量的双向增强测距方法，其特征在于，所述发起节点根据两...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓中亮，韩可，王淦，张耀，高宇晖，叶倪军，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：