[发明专利]基于压缩采样的脉冲超宽带信号到达时间估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲超宽带信号到达时间估计方法，尤其涉及一种基于压缩采样的脉冲超宽带信号到达时间估计方法。

背景技术

到达时间(TOA，time of arrival，到达时间，简称“TOA”)估计的任务是从测距接收信号的采样序列中检测到直达单径DP(direct path，直达单径，简称“DP”)中心所在的采样点。根据采样速率及接收机硬件能力的不同，已有的TOA估计算法大致可分两类：相干TOA估计算法和非相干TOA估计算法。如果接收机硬件能力足够(能提供本地模板、能保证高采样速率)、运算能力较强，可使用相干TOA估计算法；如果接收机硬件能力较差(不能提供本地模板与高采样速率)、运算能力较差，则可使用非相干TOA估计算法。

近年来，国内外对IR-UWB的测距研究较为充分，提出了多种TOA估计算法，限于篇幅，此处不逐一描述，只简单介绍两类算法中性能最好、最具代表性的算法。MF-TC-JM算法是已有的相干TOA估计算法中的性能最优者，它针对接收信号匹配滤波输出的高速采样序列进行处理，通过门限检测得到DP中心位置，门限设置参量是一个由匹配滤波输出的峭度和均方根时延扩展所组成的符合参量(JM，joint metric)。ED-TC-MMR算法是已有的非相干TOA估计算法中的性能最优者，它针对接收信号的能量积分采样序列进行处理，也是通过门限检测得到DP所在的能量块，认为能量块的中心是DP所在的精确位置，门限设置参量使用能量采样序列中最大值与最小值之比(MMR，maximum-to-minimum ratio)。由于匹配滤波的处理增益和高采样速率所带来的高时间分辨率，MF-TC-JM算法的TOA估计精度远高于ED-TC-MMR；但ED-TC-MMR算法的优点是对硬件能力要求不高、运算复杂度低。MF-TC-JM算法的精度下限是CRLB，在信噪比足够高的情况下可接近CRLB；影响ED-TC-MMR算法精度的决定因素是采样速率，精度下限是0.25T_b，其中T_b代表能量采样周期，在信噪比足够高的情况下可接近此下限。

现有技术中，已有的相干TOA估计算法对接收机硬件能力要求很高，需要高采样速率与本地模板，且运算复杂度高，以现有的硬件水平难以实际实现；而已有的非相干TOA估计算法则受限于能量采样序列的低分辨率，TOA估计精度不高，不能充分发挥IR-UWB(Impulse Radio-Ultra WideBand，脉冲超宽带，简称“IR-UWB”)信号的高精度测距优势。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中脉冲超宽带信号到达时间估计方法中，到达时间估计精度不高，不能充分发挥脉冲超宽带信号的高精度测距优势。

本发明的技术方案是：提供一种基于压缩采样的脉冲超宽带信号到达时间估计方法，包括脉冲超宽带信号压缩采样接收系统，所述脉冲超宽带信号压缩采样接收系统包括对所述脉冲超宽带信号分多个通道进行采样的多通道并行采样单元，分别向所述多通道采样单元的各通道发送测量波形的测量波形发生器，接收经过所述多通道采样单元采样的测量值的数字后端处理组件，各通道分别根据所述测量波形发生器产生的测量波形对所述脉冲超宽带信号进行线性投影，包括如下步骤：

确定投影区间：以各帧接收信号的峰值位置作为参考点确定投影区域[τ_peak-T_prj，τ_oedk+T_p/2]，其中：τ_peak表示脉冲超宽带信号峰值位置相对帧起点位置的长度，T_prj表示投影长度；T_p表示脉冲宽度。

获得采样序列：通过对连续的多帧接收信号的压缩测量，获取测距符号接收信号的压缩采样序列；

获得到达时间的估计：采用CS(Compressive Sensing，压缩感知，简称“CS”)TOA估计算法依据采样序列得到到达时间估计值其中：τ_peak表示脉冲超宽带信号峰值位置的长度，T_prj表示脉冲超宽带信号投影长度，i_DP表示检测到的直达单径DP(direct path)的中心位置在重构序列中的序号，F_s表示重构序列的采样频率。