[发明专利]一种基于噪声消除的到达时间估计方法

说明书

本发明公开了一种基于噪声消除的到达时间估计方法，包括下列步骤：S1、发射端发送超宽带脉冲序列；S2、对接收到的超宽带信号进行功率采样；S3、对功率采样序列求均值；S4、计算得到噪声均值向量；S5、采用秩和方法得到功率均值列向量的秩；S6、设置判决门限；S7、进行TOA估计。本发明提出的针对功率采样序列的均值操作，可以有效消除接收信号中的噪声，提高到达时间估计的精度。本发明采用秩和方法，用以鉴别超宽带脉冲信号和噪声信号，这使得鉴别过程更易操作，结果更准确可靠，并且可以有效去除离群值的影响。本发明采用的门限设置方法，形式简单，且可靠有效。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种脉冲超宽带信号定位技术，具体涉及一种基于噪声消除的到达时间估计方法。

背景技术

脉冲超宽带信号具有时间分辨率极高、穿透能力强等特点，理论上，能提供厘米甚至是毫米级的测距和定位精度，并且发射时无需调制，系统复杂度低，因而在高精度定位技术中，得到广泛关注。到达时间(TOA)估计可以充分发挥脉冲超宽带技术的优势，具有较高的测距和定位精度，并且实现复杂度较低，是脉冲超宽带定位技术的常用方法。TOA估计的关键在于如何根据接收端信号，在多径信道中探测到第一路径(FP)，即直达路径，消除接收端信号中的噪声干扰显得尤其重要。

在脉冲超宽带定位系统中，目前已经有大量的研究提出了各种关于TOA估计的方法，比如最大能量选择(MES)算法和跨越阈值(TC)算法。MES算法将最大能量块所在的时间作为TOA估计值。然而在实际情况下，第一路径往往不是能量最强路径，这使得MES算法性能欠佳。因此，许多方法是基于TC算法探测第一路径。TC算法将能量检测接收机的输出和一个固定阈值相比较，第一个跨越门限的能量块所在的时间作为TOA的估计值。但是这种算法需要一个经复杂设计得到的最优门限。在信道模型较复杂，信道先验信息未知的情况下，设置这样的最优门限非常困难。

公开号为CN103297087，公开日为2013年9月11日的发明专利“一种超宽带定位系统的到达时间估计方法”，提供了一种基于恒虚警率约束的门限解算模型，虽然计算过程对能量序列进行了预先排序，减少了完成到达时间估计的计算量，但是该发明没有消除噪声干扰，并且所述方法中涉及一个用于解算出最优门限的迭代过程，时间复杂度高。公开号为CN106131949A，公开日为2016年11月16日的发明专利“一种基于能量均值检测的到达时间估计方法”提供了一种基于时间平均的最大最小能量均值来设置最优归一化门限，从而设置判决门限的方法，虽然利用多个脉冲进行时间平均降低了噪声对TOA估计的影响，但是该发明并不是主动式地消除噪声，效果有待提高。公开号为CN106879068A，公开日为2017年6月20日的发明专利“一种强多径环境下信号的到达时间估计方法”通过对接收信号的归一化滤波，降低了噪声干扰，同时减小了信号传输损失带来的影响，但是该发明只能抑制接收信号中的突发噪声。

综上所述，现有的TOA估计方法没有充分消除噪声影响，并且门限设置方法复杂，在实际情况下都有性能缺陷，高精度定位算法还有待提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于噪声消除的到达时间估计方法，通过对接受端信号进行去噪处理提高TOA估计精度。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于噪声消除的到达时间估计方法，所述的到达时间估计方法包括以下步骤：

S1、发射端向接收端发送超宽带脉冲序列；