一种采用时延参数进行测距的方法和装置与流程

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种采用时延参数进行测距的方法和一种采用时延参数进行测距的装置。

背景技术：

片内多径分离技术随着对toa(timeofarrival，时延参数)测距精度要求的提高而得到不断的研究和发展。窄带相关的方法简单易实现，但并没有对多径进行分离仅是减少片内多径引起的时延参数误差；medll(multipathestimatingdelaylockloop，多径估计延迟锁定环算法)采用最大似然方法求出各条多径的时延参数和幅度，实现了多径的分离，但是复杂度较高；采用粒子滤波分离各条多径，虽然分离效果很好，但是实现的复杂度太高，远远超出无线传感器节点的资源；另外也有一些超分辨率方法进行片内多径分离，同样也是高复杂度的。目前的多径分离算法会同时求取多径的时延参数，幅度，相位，因此实现得到时延参数的方法复杂度较高，与无线传感网节点的资源、功耗受限矛盾；另一方面针对基于toa(时延参数)进行测距的应用场景，时延参数是一个非常重要的参数，如何得到快捷方便得到时延参数是本领域技术人员急切想要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种采用时延参数进行测距的方法和相应的一种采用时延参数进行测距的装置。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种采用时延参数进行测距的方法，包括：

获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号；

依据所述第一码片采样数据生成解扩信号；

依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数；

采用所述互相关函数生成时延参数；

采用所述时延参数进行测距。

优选地，所述依据所述第一码片采样数据生成解扩信号的步骤包括：

按照采样频率获取所述第一码片采样数据对应的接收伪噪声pn码片；

获取与接收pn码片对应的发射pn码片；

将所述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作，生成所述解扩信号。

优选地，所述方法还包括：

针对所述解扩信号进行谱峰搜索，获得第一峰值坐标数据。

优选地，所述依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数的步骤包括：

将所述解扩信号及所述扩频信号进行卷积运算，获得互相关函数。

优选地，所述采用所述互相关函数生成时延参数的步骤包括：

计算出所述互相关函数的最大值；

获得所述互相关函数的最大值的对应的第二峰值坐标数据；

将所述第一峰值坐标数据与所述第二峰值坐标数据作差值运算，获得时延参数。

优选地，所述采用所述时延参数进行测距的步骤包括：

采用所述时延参数与电波传播速度进行乘值运算，获得电波传播的距离。

本发明实施例还公开了一种采用时延参数进行测距的装置，包括：

扩频信号及采样数据获取模块，用于获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号；

解扩信号生成模块，用于依据所述第一码片采样数据生成解扩信号；

互相关函数获得模块，用于依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数；

时延参数生成模块，用于采用所述互相关函数生成时延参数；

测距进行模块，用于采用所述时延参数进行测距。

优选地，所述解扩信号生成模块包括：

接收pn码片获取子模块，用于按照采样频率获取所述第一码片采样数据对应的接收pn码片；

发射pn码片获取子模块，用于获取与接收pn码片对应的发射pn码片；

解扩信号生成子模块，用于将所述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作，生成所述解扩信号。

优选地，所述装置还包括：

第一峰值坐标数据获得模块，用于针对所述解扩信号进行谱峰搜索，获得第一峰值坐标数据。

优选地，所述互相关函数获得模块包括：

互相关函数获得子模块，用于将所述解扩信号及所述扩频信号进行卷积运算，获得互相关函数。

优选地，所述时延参数生成模块包括：

最大值计算子模块，用于计算出所述互相关函数的最大值；

第二峰值坐标数据获得子模块，用于获得所述互相关函数的最大值的对应的第二峰值坐标数据；

时延参数获得子模块，用于将所述第一峰值坐标数据与所述第二峰值坐标数据作差值运算，获得时延参数。

优选地，所述测距进行模块包括：

距离获得子模块，用于采用所述时延参数与电波传播速度进行乘值运算，获得电波传播的距离。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例中，获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号，依据所述第一码片采样数据生成解扩信号，依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数，采用所述互相关函数生成时延参数，采用所述时延参数进行测距。所述第一码片采样数据为每个码片的第一采样点，相对于直接传统的直接解扩而言，更准确快速地得到时延参数，减少多径效应的影响，使时延参数的测量结果更加准确，且应用于距离的测量，使测量的结果更加准确。

进一步地，依据第一码片采样数据得到的所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数，采用所述互相关函数生成时延参数；通过简单的物理层的操作，消除多径效应的影响，更准确地测量时延参数，提高了获取的时延参数的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图

图1是本发明实施例的一种采用时延参数进行测距的方法实施例一的步骤流程图；

图2是本发明实施例的一种采用时延参数进行测距的方法实施例二的步骤流程图；

图3是本发明实施例的一种通信数据流程图；

图4是本发明实施例的一种采用时延参数进行测距的装置实施例的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，示出了本发明实施例的一种采用时延参数进行测距的方法实施例一的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤101，获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号；

本发明实施例中，通过获取电波传播的时延参数，计算出发射端与接收端的距离，具体地，获取基带信号的第一码片采样数据，所述第一码片采样数据可以为码片周期内的第一采样点的码片信息，进一步地，本发明实施例还获取所述基带信号对应的扩频信号，因为所述基带信号是接收端的基带信号，是经过解调后变频滤波的基带信号，基带信号为发出未经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式，所述扩频信号是由发射端的原始数据流经过pn(pseudo-noise，伪噪声)序列进行扩频运算而得的扩频信号，扩频信号从发射端经过矩形脉冲成型及射频调制，再经过信道传输至接收端，接收端经过射频解调等步骤后还原为基带信号，本发明实施例获取所述基带信号对应的扩频信号。

步骤102，依据所述第一码片采样数据生成解扩信号；

应用于本发明实施例中，按照采样频率获取所述第一码片采样数据对应的接收pn码片，获取与接收pn码片对应的发射pn码片，将所述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作，生成所述解扩信号。所述第一码片采样数据可以为码片周期内的第一采样点的码片信息，依照采样频率获得第一采样点的接收pn码片，进一步地，获取与所述接收pn码片对应的发射pn码片，针对所述述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作，所述相关解扩操作可以理解为解除扩频码，获得原始数据的过程，本发明实施例经过相关解扩操作生成解扩信号。需要说明的是，相关解扩的方式可以包括采用直接式相关器、外差式相关器及基带相关器，本发明实施例具体不作限制。

步骤103，依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数；

实际应用中，获得解扩信号及扩频信号后，将解扩信号及扩频信号进行卷积运算，获得互相关函数，所述卷积运算可以包括循环卷积或线性卷积，本发明实施例对卷积运算的方式具体不作限制。线性卷积(linearconvolution)在时域描述线性系统输入和输出之间关系的一种运算。循环卷积(circularconvolution)不同于线性卷积的一种卷积运算，是周期卷积的一种。

步骤104，采用所述互相关函数生成时延参数；

具体而言，采用步骤102得到的互相关函数，计算出所述互相关函数的最大值，获得所述互相关函数的最大值的对应的第二峰值坐标数据，所述第二峰值坐标数据可以为互相关函数的最大值的坐标点中的横坐标，进一步地，针对步骤102中的解扩信号进行谱峰搜索，得到第一峰值坐标数据，所述第一峰值坐标数据可以为所述解扩信号的最大值对应的横坐标，将所述第一峰值坐标数据与所述第二峰值坐标数据作差值运算，即上述两个横坐标之间的差值，可以获得电波传播的(亦即发射端至接收端)时延参数。

步骤105，采用所述时延参数进行测距。

本发明实施例中，采用所述时延参数进行发射端至接收端之间的距离测量，采用电波传播速度与所述时延参数作乘值运算，可以得到发射端至接收端之间的距离测量。本发明实施例中，还可以采用所述时延参数进行定位，举例而言，当发射端为三个基站时，而接收端为一个移动终端，以三个基站为圆心发射信号，可以得到三个特征圆，所述特征圆的半径可以由电波传播速度与时延参数的乘积求得，三个特征圆的交点即为移动终端的位置。

本发明实施例中，获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号，依据所述第一码片采样数据生成解扩信号，依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数，采用所述互相关函数生成时延参数，采用所述时延参数进行测距。所述第一码片采样数据为每个码片的第一采样点，相对于直接传统的直接解扩而言，更准确快速地得到时延参数，减少多径效应的影响，使时延参数的测量结果更加准确，且应用于距离的测量，使测量的结果更加准确。

参照图2，示出了本发明实施例的一种采用时延参数进行测距的方法实施例二的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤201，获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号；

本发明实施例中，通过获取电波传播的时延参数，计算出发射端与接收端的距离，具体地，获取基带信号的第一码片采样数据，所述第一码片采样数据可以为码片周期内的第一采样点的码片信息，进一步地，本发明实施例还获取所述基带信号对应的扩频信号，所述扩频信号是由发射端的原始数据流经过pn进行扩频运算而得的扩频信号。

步骤202，按照采样频率获取所述第一码片采样数据对应的接收pn码片；

步骤203，获取与接收pn码片对应的发射pn码片；

具体而言，所述第一码片采样数据可以为码片周期内的第一采样点的码片信息，照采样频率获得第一采样点的接收pn码片，通过获取与接收端的接收pn码片对应发射端的发射pn码片，针对所述述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作。

步骤204，将所述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作，生成所述解扩信号；

本发明实施例中，相关解扩的方式可以包括采用直接式相关器、外差式相关器及基带相关器，本发明实施例对此不作限制。

本发明实施例的一种优选实施例中，所述方法还包括：

步骤s11，针对所述解扩信号进行谱峰搜索，获得第一峰值坐标数据；

进一步地，对所述解扩信号时谱峰搜索，得到解扩信号的峰值坐标，取所述峰值坐标的横坐标为第一峰值坐标数据。

步骤205，依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数；

本发明实施例的一种优选实施例中，所述依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数的子步骤进一步包括：

子步骤s2051，将所述解扩信号及所述扩频信号进行卷积运算，获得互相关函数。

实际应用中，将解扩信号及扩频信号进行卷积运算，获得互相关函数，所述卷积运算可以包括循环卷积或线性卷积等，本发明实施例对此不作限制。

步骤206，采用所述互相关函数生成时延参数；

本发明实施例的另一种优选实施例中，所述采用所述互相关函数生成时延参数的子步骤进一步包括：

子步骤s2061，计算出所述互相关函数的最大值；

子步骤s2062，获得所述互相关函数的最大值的对应的第二峰值坐标数据；

子步骤s2063，将所述第一峰值坐标数据与所述第二峰值坐标数据作差值运算，获得时延参数。

应用于本发明实施例中，计算出所述互相关函数的最大值，获得所述互相关函数的最大值的对应的第二峰值坐标数据(最大坐标点的横坐标)，将所述第一峰值坐标数据与所述第二峰值坐标数据作差值运算，即上述两个横坐标之间的差值，获得发射端至接收端时延参数。

步骤207，采用所述时延参数进行测距。

本发明实施例的一种优选实施例中，所述采用所述时延参数进行测距的子步骤进一步包括：

子步骤s2071，采用所述时延参数与电波传播速度进行乘值运算，获得电波传播的距离。

具体到本发明实施例中，采用所述时延参数进行发射端至接收端之间的距离测量，采用电波传播速度与所述时延参数作乘值运算，可以得到发射端至接收端之间的距离测量。还可以采用多个基站到移动终端的时延参数进行定位。

本发明实施例中，获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号；按照采样频率获取所述第一码片采样数据对应的接收pn码片，获取与接收pn码片对应的发射pn码片，将所述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作，生成所述解扩信号，依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数，采用所述互相关函数生成时延参数；通过简单的物理层的操作，消除多径效应的影响，更准确地测量时延参数，提高了获取的时延参数的精度。

为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，进一步地通过具体的示例进行说明。

参照图3，示出了本发明实施例中的一种通信数据流程图，假设原信号的输入数据流为{dn}，dn属于{-1,+1}，pn码的码长为m；发射信号为s(t)；接收射频信号为r(t)；接收基带信号为m(t)。记码片周期为tc,数据比特周期为tb满足tb＝mtc发射信号s(t)为

其中，

设每条路径的传播时延为tl，l表示第几个到达接收端的路径。因此经过多径信道后得到的接收信号r(t)可以建模为

其中a为发射信号的幅度，假设存在l条多径，αl为第l条多径信号幅度衰减因子，多径信号的幅值是有所衰减的，因此有αl＜1。tl是多径传输时延，经解调下变频滤波后得到的基带数据为m(t)。

采样周期为ts,满足tc＝nts，其中n为一个码片周期内的采样个数,所以，经采样后得到的第q个码片第p个采样点的数据为

其中lip为某个码片中第p个采用点的片内多径数。

因为一个码片内越往后的部分积累的多径数越多，因此满足li1≤li2≤…≤lin，tl,ip为第l条片内多径在第p个采样点的多径时延。lop为处于第p个采样点的片外多径数，因为片外多径的时延参数大于一个码片周期，所以在第p个采样点的多径的时延参数是tc的倍数ml,i,o。从式(5)看出每个采样点包括了片内多径与片外多径这2个分量。分析式(5)的第2项，发现每一个码片靠前的样本点受到的片内多径干扰数较少，越到后面片内多径分量越多。对每一个码片，抽取出第一个样本点(第一码片采样数据)分析，有

因为li1≤li2≤…≤lin，此第一个采样点(第一码片采样数据)只有部分靠前的片内多径分量和部分片外多径分量。只要对每个码片抽取第一个采样点(第一码片采样数据)进行相关解扩就能将片外多径分量消除，得到不受片外多径干扰的比特级信息，记为y1,n。n代表第n个比特数据。

由式(7)看出，y1,n只有部分靠前的片内多径的分量而消除了片外多径和靠后的片内多径的影响。

通过以上分析我们知道，因为li1≤li2≤…≤lin，所以码片的第一个采样点(第一码片采样数据)所受到的多径影响是最小的。如果采用频率够快，即采样周期ts够小，小到满足ts<min(tl),那么此时第一个采样点(第一码片采样数据)的路径信息只剩下首达径，分离效果最佳。

进一步地，本发明实施例的具体步骤如下所示：

1、将抽取的每个码片的第一个采样点(第一码片采样数据)按照采样频率回复到与同一周期的接收pn码片；

2、将步骤1得到的接收pn码片与对应的发射pn码片进行相关运算，即可得到解扩信号；

3、将对解扩信号进行谱峰搜索，得出第一峰值坐标数据，即为延迟码元数量；

4、将步骤2得到的解扩信号与扩步信号进行卷积运算，得到一个互相关函数；

相关处理过程为：

5、再根据互相关函数的最大值得出对应的第二峰值坐标数据；

具体地，互相关函数的最大值：max(y1,n)；

第二峰值坐标数据为：d＝argmax(y1,n)；

6、将所述第一峰值坐标数据与所述第二峰值坐标数据作差值运算，获得时延参数；

7、采用所述时延参数与电波传播速度进行乘值运算，获得电波传播的距离。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参照图4，示出了本发明实施例的一种采用时延参数进行测距的装置实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：

扩频信号及采样数据获取模块，用于获取基带信号的第一码片采样数据，以及，所述基带信号对应的扩频信号；

解扩信号生成模块，用于依据所述第一码片采样数据生成解扩信号；

互相关函数获得模块，用于依据所述解扩信号与所述扩频信号获得互相关函数；

时延参数生成模块，用于采用所述互相关函数生成时延参数；

测距进行模块，用于采用所述时延参数进行测距。

优选地，所述解扩信号生成模块包括：

接收pn码片获取子模块，用于按照采样频率获取所述第一码片采样数据对应的接收pn码片；

发射pn码片获取子模块，用于获取与接收pn码片对应的发射pn码片；

解扩信号生成子模块，用于将所述接收pn码片与发射pn码片进行相关解扩操作，生成所述解扩信号。

优选地，所述装置还包括：

第一峰值坐标数据获得模块，用于针对所述解扩信号进行谱峰搜索，获得第一峰值坐标数据。

优选地，所述互相关函数获得模块包括：

互相关函数获得子模块，用于将所述解扩信号及所述扩频信号进行卷积运算，获得互相关函数。

优选地，所述时延参数生成模块包括：

最大值计算子模块，用于计算出所述互相关函数的最大值；

第二峰值坐标数据获得子模块，用于获得所述互相关函数的最大值的对应的第二峰值坐标数据；

时延参数获得子模块，用于将所述第一峰值坐标数据与所述第二峰值坐标数据作差值运算，获得时延参数。

本发明实施例的一种优选实施例中，所述测距进行模块包括：

距离获得子模块，用于采用所述时延参数与电波传播速度进行乘值运算，获得电波传播的距离。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种方法和一种装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。