专利名称：基于超分辨率uwb信号传播时延估计的室内定位方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及室内定位技术，尤其涉及一种基于超分辨率UWB信号传播时延估计的 室内定位方法及系统。
背景技术：
近年来，室内定位技术和基于位置的应用成为了研究热点。GPS和E911也可以提 供定位服务，但是，它们不能提供精确的室内定位。精确的室内定位是一项非常重要并且全 新的研究领域，在商业、公共安全和军事上都有广泛应用。由于室内无线电波受到严重的多 径干扰和阴影效应干扰，导致接收信号强度(Received Signal Strength, RSS)和到达角 (Angle of Arrival，A0A)测量误差大于到达时间(Timeof Arrival，Τ0Α)。所以，在室内定 位中常用的测量值是Τ0Α。在室内环境下，由于墙壁、天花板或其他物体，导致视距传播路径 很弱或者不存在。在这种情况下，将导致严重的TOA误差。现有TOA估计可以利用窄带信号，宽带信号或超宽带(Ultra-wideband，UWB)作为 传播载体。信号的带宽决定了 TOA在多径信道下时延估计的准确性。带宽越大，TOA估计 越准确。由于UWB信号带宽在GHz数量级，对于室内定位而言，可以提供更加精确的TOA估 计，因此成为了室内定位技术的首选之一。现有UWB信号TOA估计方法主要采用时域和频域高分辨率谱估计方法。包括多重 信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)，频域 MUSIC 等。下面分三类信号来研究TOA估计技术窄带信号，宽带信号，超宽带信号(UWB)。1)在窄带测距技术中，接收端与发送端的相位差用来测量两点的距离。假设接收 端载波信号的相位是Φ，TOA为τ，则τ = φ/ω。，ω。是载波频率。在DGPS(differential GPS)中，通过测量相对相位差来改善定位精度，可以使精度从20米提高为1米。但是在 室内定位中，由于严重的多径干扰，使得窄带信号通过信道后，接收到的信号是多个不同幅 度，不同相位载波的叠加。引起相位的巨大偏差，所以并不适合应用在室内环境下。2)直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)信号也可在测距上 使用。每个信号用PNO^seudo-Noise)序列调制，然后发送到接收端。接收端进行相关检测， 第一个相关检测的峰值就认为是TOA估计。由于PN码的相关增益，使得DSSS测距系统在 抑制干扰方面优于其他系统。DSSS系统的TOA分辨率取决于PN相关函数的带宽。例如， 对于200MHz带宽的信号，在视距传播环境下，距离误差小于1. 5米。但是，在实际频谱分配 中，由于带宽的缺乏，使得DSSS系统无法实现高精度的TOA估计。于是在带宽不变的前提 下，一些高分辨率的TOA估计算法被提出来。一些时域和频域的高分辨率谱估计技术被用 于TOA估计。3)正如前面所说，信号的带宽决定了 TOA在多径信道下的准确性。带宽越大，TOA 估计越准确。对于UWB系统，它的信号带宽在GHz数量级，对于室内定位而言，可以提供更 加精确的TOA估计，成为了室内定位技术的首选之一。
下面，将给出多径条件下的信道模型，并对高分辨率的TOA估计技术加以介绍。多径信道模型一个室内的多径传播信道的时域响应为
权利要求
1. 一种基于超分辨率UWB信号传播时延估计的室内定位方法，其特征在于，包括如下 步骤向量τ的构造步骤，构造向量τ = (T1,... τΤ}，T为自然数，表示τ向量包含的时 延数目；τ向量满足以下两个条件1)T远远大于实际时延数目L，L为自然数；2)(T1,... τΤ}包括所有可能的时延；矩阵τ )确定步骤，依据向量τ = (T1, ... τ Τ}，确定矩阵τ )= [St(T1), ..，st(xT)]，其中，时延为τ的接收路径随时间变化的函数表达式为，
2. 一种基于超分辨率UWB信号传播时延估计的室内定位系统，其特征在于，包括 向量τ的构造模块，用于构造向量τ = (T1, ... τΤ}，T为自然数，表示τ向量包 含的时延数目；τ向量满足以下两个条件1)Τ远远大于实际时延数目L，L为自然数；2) Ix1,... τ τ}包括所有可能的时延；矩阵τ )确定模块，用于依据向量τ = { τ ρ ... τ Τ}，确定矩阵τ )= [St(T1), ...，St (τ Τ)]，其中，时延为τ的接收路径随时间变化的函数表达式为，
全文摘要
本发明公开了一种基于超分辨率UWB信号传播时延估计的室内定位方法及系统。其中，该方法包括向量τ的构造步骤、矩阵Se(τ)确定步骤、扩展矩阵构造步骤、扩展矩阵的求解步骤、时延估计步骤和室内定位步骤。本发明具有超级分辨率，且当遇到相关信源时，性能不会下降；在低采样率情况下，依然可以分辨出离得很近的时延。基于本发明，能够提供更为精确地室内定位。
文档编号H04W64/00GK102131288SQ20111007924
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者张令文 申请人:北京交通大学