到达时间的估计方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种到达时间的估计方法及装置，属于定位【技术领域】。所述方法包括：对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值；根据所述一组能量积分值确定直达单径DP所在位置；根据所述DP所在位置得到所述DP的到达时间的估计值。所述装置包括：处理模块、确定模块和估计模块。本发明通过对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，可增大DP所在位置的能量值，更准确地检测到DP的位置，提高估计出的到达时间的精度；且减少了匹配滤波的支路，因而可在无需信道先验知识条件下，降低估计到达时间的复杂度，并且在各种UWB信道模型下均具有很好的性能。
【专利说明】到达时间的估计方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及定位【技术领域】，特别涉及一种到达时间的估计方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着定位应用范围的不断扩大，WSN(Wireless Sensor Network,无线传感器网络)定位系统的应用前景越来越广。作为适用于WSN物理层技术的UWB(Ultra Wideband,超宽带)传输技术，由于其具有带宽高，持续时间短等特点，因而能够满足WSN的定位需求。在基于UWB的WSN中实现定位时，网络中的发射端会向接收端发射测距信号，定位装置估计出接收端接收到的测距信号中的DP (Direct Path,直达单径)的TOA (Time of Arrival,至IJ达时间)后，即可根据TOA得到测距信号从发射端到接收端的传播时间，并以此进行定位。
[0003]其中，现有技术在估计DP的TOA时，采用了两步TOA估计法，其具体实现时，先对接收到的信号进行平方，输出信号能量，并对信号能量进行积分和低速率采样，得到低速率的能量采样序列，对低速率的能量采样序列进行能量叠加，再从中粗略估计出DP所在的能量块，之后采用高采样速率、高精度的匹配滤波技术在粗略估计出的DP所属能量块范围内估计出DP的精确位置，根据DP的精确位置估计T0A。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]由于现有的到达时间的估计方式需要粗略估计和精确估计两个过程，且精确估计过程中利用匹配滤波技术对DP进行精确估计时需要运用先验知识，进一步增加了复杂度。
【发明内容】
[0006]为了在不需要先验知识，保证估计精度的前提下，降低估计到达时间的复杂度，本发明实施例提供了一种到达时间的估计方法及装置。所述技术方案如下:
[0007]—方面，提供了一种到达时间的估计方法，所述方法包括:
[0008]对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值；
[0009]根据所述一组能量积分值确定直达单径DP所在位置；
[0010]根据所述DP所在位置得到所述DP的到达时间的估计值。
[0011]其中，所述对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值，具体包括:
[0012]以预设采样率对接收到的多帧信号进行采样，得到多帧长度的采样数据序列；
[0013]将所述多帧长度的采样数据序列进行叠加，得到一帧长度的叠加采样数据序列；
[0014]将所述一帧长度的叠加采样数据序列中的每个叠加采样数据进行平方，得到一帧长度的信号能量序列；
[0015]以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对所述一帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到一组能量积分值。
[0016]可选地，所述对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值，具体包括:[0017]以预设采样率对接收到的多帧信号进行采样，得到多帧长度的采样数据序列；
[0018]将每帧长度的采样数据序列中的每个采样数据进行平方，得到多帧长度的信号能量序列；
[0019]以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对每帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到多组能量积分值；
[0020]将所述多组能量积分值进行叠加，得到叠加后的一组能量积分值。
[0021]可选地，所述对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值，具体包括:
[0022]将接收到的多帧信号进行叠加，得到一帧叠加信号；
[0023]以预设采样率对所述一帧叠加信号进行采样，得到一帧长度的采样数据序列；
[0024]对所述一帧长度的采样数据序列中的每个采样数据进行平方，得到一帧长度的信号能量序列；
[0025]以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对所述一帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到一组能量积分值。
[0026]进一步地，所述预设滑动步长小于所述积分窗口的预设长度。
[0027]进一步地，所述根据所述一组能量积分值确定直达单径DP所在位置，具体包括:
[0028]在所述一组能量积分值中确定最大能量积分值，并将所述DP所在位置确定在得到所述最大能量积分值的积分窗口所对应的滑动步长范围内。
[0029]进一步地，所述根据所述DP所在位置得到所述DP的到达时间的估计值，具体包括:
[0030]确定得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号，并根据得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号、所述预设滑动步长以及所述预设采样率得到所述DP的到达时间的估计值。
[0031]进一步地，所述根据得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号、所述预设滑动步长以及所述预设采样率得到所述DP的到达时间的估计值，具体为:
[0032]通过公式
【权利要求】
1.一种到达时间的估计方法，其特征在于，所述方法包括: 对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值； 根据所述一组能量积分值确定直达单径DP所在位置； 根据所述DP所在位置得到所述DP的到达时间的估计值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值，具体包括: 以预设采样率对接收到的多帧信号进行采样，得到多帧长度的采样数据序列； 将所述多帧长度的采样数据序列进行叠加，得到一帧长度的叠加采样数据序列；将所述一帧长度的叠加采样数据序列中的每个叠加采样数据进行平方，得到一帧长度的信号能量序列； 以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对所述一帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到一组能量积分值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值，具体包括: 以预设采样率对接收到的多帧信号进行采样，得到多帧长度的采样数据序列； 将每帧长度的采样数据序列中的每个采样数据进行平方，得到多帧长度的信号能量序列； 以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对每帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到多组能量积分值； 将所述多组能量积分值进行叠加，得到叠加后的一组能量积分值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值，具体包括: 将接收到的多帧信号进行叠加，得到一帧叠加信号； 以预设采样率对所述一帧叠加信号进行采样，得到一帧长度的采样数据序列； 对所述一帧长度的采样数据序列中的每个采样数据进行平方，得到一帧长度的信号能量序列； 以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对所述一帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到一组能量积分值。
5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述预设滑动步长小于所述积分窗口的预设长度。
6.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据所述一组能量积分值确定直达单径DP所在位置，具体包括: 在所述一组能量积分值中确定最大能量积分值，并将所述DP所在位置确定在得到所述最大能量积分值的积分窗口所对应的滑动步长范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述DP所在位置得到所述DP的到达时间的估计值，具体包括: 确定得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号，并根据得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号、所述预设滑动步长以及所述预设采样率得到所述DP的到达时间的估计值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号、所述预设滑动步长以及所述预设采样率得到所述DP的到达时间的估计值，具体为: 通过公式
9.一种到达时间的估计装置，其特征在于，所述装置包括: 处理模块，用于对接收到的多帧信号进行采样和能量聚集，得到一组能量积分值； 确定模块，用于根据所述处理模块得到的一组能量积分值确定直达单径DP所在位置； 估计模块，用于根据所述确定模块确定的DP所在位置得到所述DP的到达时间的估计值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体包括: 第一采样单元，用于以预设采样率对接收到的多帧信号进行采样，得到多帧长度的采样数据序列； 第一叠加单元，用于将所述第一采样单元得到的多帧长度的采样数据序列进行叠加，得到一帧长度的叠加采样数据序列； 第一平方单元，用于将所述第一叠加单元得到的一帧长度的叠加采样数据序列中的每个叠加采样数据进行平方，得到一帧长度的信号能量序列； 第一积分单元，用于以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对所述第一平方单元得到的一帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到一组能量积分值。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体包括: 第二采样单元，用于以预设采样率对接收到的多帧信号进行采样，得到多帧长度的采样数据序列； 第二平方单元，用于将所述第二采样单元得到的每帧长度的采样数据序列中的每个采样数据进行平方，得到多帧长度的信号能量序列； 第二积分单元，用于以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对所述第二平方单元得到的每帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到多组能量积分值； 第二叠加单元，用于将所述第二积分单元得到的多组能量积分值进行叠加，得到叠加后的一组能量积分值。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体包括: 第三叠加单元，用于将接收到的多帧信号进行叠加，得到一帧叠加信号； 第三采样单元，用于以预设采样率对所述第三叠加单元得到的一帧叠加信号进行采样，得到一帧长度的采样数据序列； 第三平方单元，用于对所述第三采样单元得到的一帧长度的采样数据序列中的每个采样数据进行平方，得到一帧长度的信号能量序列； 第三积分单元，用于以预设长度的积分窗口按照预设滑动步长对所述第三平方单元得到的一帧长度的信号能量序列中的信号能量进行积分，得到一组能量积分值。
13.根据权利要求10至12中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于在所述一组能量积分值中确定最大能量积分值，并将所述DP所在位置确定在得到所述最大能量积分值的积分窗口所对应的滑动步长范围内。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述估计模块，具体包括: 确定单元，用于确定得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号； 估计单元，用于根据所述确定单元确定的得到所述最大能量积分值的积分窗口的序号、所述预设滑动步长以及所述预设采样率确定所述DP的到达时间的估计值。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述估计单元，具体用于通过公式
【文档编号】H04W64/00GK103491626SQ201210195007
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月13日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】杨艳, 周波 申请人:日电（中国）有限公司