[发明专利]一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法与定位装置

摘要

本发明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，同时本发明还提供了一种基于压缩采样的超宽带无线定位装置。

主权项

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；其中，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τ_i和增益a_i，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：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：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：接收信号r(t)的傅里叶变换R(ω)写为：其中：Ai(ejωT)是序列ai[n]的DTFT变换，P(ω)是p(t)的傅里叶变换；采样为利用L个平行的采样通道，在每一条通道中，接收信号都要先经过一个冲击响应为的滤波器，然后统一按照t＝nT进行采样，生成一个序列b_l[n]，序列b_l[n]即为采样值，对于第l路通道，信号经过滤波器，滤波后的信号sl(t)表示为：根据傅里叶变换的性质，sl(t)的傅里叶变换表示为：其中：是的傅里叶变换；接下来，按照t＝nT对滤波后的信号进行采样，根据抽样定理，第l路通道的采样值bl[n]表示为其中：δ(t‑nT)是冲击函数；对第l路通道的采样值bl[n]作DTFT得到：是R(ω)频谱的搬移，是频谱的搬移，是P(ω)频谱的搬移；L与K满足L≥2K；所述采样滤波器为带通滤波器H_l(ω)工作的频域带宽是并且满足H_l(ω)是h_l(t)的傅里叶变换，是h_l(t)的共轭并且翻转；接收信号经过采样滤波器并采样后，对第l路信号，公式(8)写为是P(ω)频谱的搬移，是频谱的搬移；将公式(10)写成矩阵形式，即为：Β(ejωT)＝Φ(ejωT)Ψ(τ)Γ(ejωT)   (11)其中，列向量Β(e^jωT)即为采样矢量，列向量Β(e^jωT)的维度为L，它的第l个向量表示为B_l(e^jωT)；矩阵Ψ(τ)的维度为L×K，该矩阵是一个范德蒙矩阵，它的第mi个分量表示成列向量Γ(e^jωT)的维度为K，它的第k个向量表示为矩阵Φ(e^jωT)的维度为L×L，它的第lm个元素表示为Φ(ejωT)分解为Φ(ejωT)＝H(ejωT)P(ejωT)   (13)其中矩阵H(e^jωT)的维度为L×L，它的第lm个元素表示为对角阵P(e^jωT)的维度为L×L，它的第m个对角元素表示为定义一个L×L的投影矩阵Φ‑1(ejωT)对采样矢量投影，得到维度为L的列向量c(ejωT)c(ejωT)＝Φ‑1(ejωT)Β(ejωT)    (14)列向量c(ejωT)为测量矢量，同时，测量矢量满足：c(ejωT)＝Ψ(τ)Γ(ejωT)   (15)Ψ(τ)是关于ω独立的，通过DTFT的线性特征，将公式(15)转化到时间域中c[n]为c(ejωT)在时间域中的测量值；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。