[发明专利]一种强多径环境下信号的到达时间估计方法

说明书

本发明公开了一种强多径环境下信号的到达时间估计方法，该方法通过对接收信号的归一化匹配滤波，降低了噪声干扰，同时减小了信号传输损失带来的影响；同时在动态门限的设置上考虑了接收信号滤波器输出的最大值和最小值，既体现了信道响应，又体现了信噪比信息；此外本发明通过最大值检测回溯方式，避免了确定门限后从滤波器输出起点开始搜索，降低了计算量；同时由于回溯范围较短，多数情况下突发噪声峰值落在回溯窗外，最大限度地避免了可能的峰值干扰，提高了TOA估计效率与精度。本发明具有算法简单、TOA估计准确等优点，实验证明本发明在室内条件下具有良好的TOA估计精度，为实现高精度定位打下了良好的基础。

技术领域

本发明属于信号检测和无线定位技术领域，具体涉及一种强多径环境下信号的到达时间估计方法。

背景技术

室内定位技术在特定场合受到了广泛关注。对于室内环境，卫星信号衰落严重，GPS失去作用；同时，蜂窝基站的定位精度太低，无法满足室内定位的精度要求。出于易推广、低成本室内定位系统的需求，使用声波信号作为定位载体正成为研究热点之一。

在基于时间到达法(Time of Arrival，TOA)的定位系统中，由直达径(DirectPath，DP)传播时间估计目标与基站之间的距离，使用多个基站即可使用三边定位法估计目标位置。然而在室内复杂环境下，存在大量的散射及反射多径，即使直达径存在，由于后续多径分量的同相叠加，直达径很可能不是最强径。因此室内环境下获取准确的TOA估计存在一定困难，提出适应强多径环境的TOA估计方法至关重要。

现有的TOA估计技术主要可分为似然估计法和门限判决法两大类。似然估计法试图寻找一组多径分量，通过多径分量的延时、幅度组合，与观察到的信号样本做匹配，似然估计法一般通过迭代寻求最大似然规则上的最优多径组合，该方法计算量巨大，在移动设备上较难实现，且在低信噪比条件下性能不佳。门限判决法采用相关器，也就是匹配滤波器(Matched Filter，MF)，现有的门限判决法可分为三种：第一种是最大能量选择法(MaximumEnergy Selection，MES)，该方法选择MF的最大输出作为阈值，即认为输出最大的时刻即是信号的到达时刻，然而室内多径环境下直达径往往不是最强径，使用MES算法会使TOA估计出现巨大误差；第二种则是门限比较法(Threshold Comparison，TC)，将MF的输出与特定门限作比较，选出第一个超出该门限的值作为TOA估计，TC法中门限一般是信噪比的函数，该方法仅在高信噪比条件下可以获得较高的精度，且无法应对突发噪声；第三种是基于最大能量的回溯算法(Maximum Energy Selection-Search Back，MES-SB)，该算法定位到MF的最大输出后，后向(延时减小方向)搜索固定长度，选出第一个低于门限值的时刻，该时刻与最大输出时刻的中值作为TOA估计。MES-SB法在低信噪比条件下相比TC法性能更优，但其估计结果永远在在真实TOA与MF最大输出之间，通常无法获得准确的TOA估计。

综上所述，现有的TOA估计方法在应对室内强多径环境时存在一定困难，加之以往的研究都侧重于白噪声环境，对于突发噪声并未有过多的涉及，在现有TOA估计方法的基础上要实现准确定位有一定难度。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种强多径环境下信号的到达时间估计方法，能够在室内强多径环境和突发噪声存在的条件下获取准确的TOA估计，以提高定位系统准确度，在不需要先验知识，保证估计精度的条件下，降低TOA估计方法的复杂度。

一种强多径环境下信号的到达时间估计方法，包括如下步骤：

(1)由接收机对接收到的信号进行奈奎斯特采样得到数字信号，进而使所述数字信号通过带通滤波器以滤除其中的带外噪声；

(2)将带通滤波后的数字信号通过归一化匹配滤波器以抑制其中的突发噪声，降低信号能量随距离衰减带来的影响；