[发明专利]复数扩频信号的到达时间差测量方法

说明书

技术领域

本发明属于无线定位技术领域，为一种复数扩频信号的到达时间差测量方法。

背景技术

TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)测量一般利用信号处理技术对两个或两个以上到达接收天线的信号的到达时间差进行测量，根据测得的达时间差，就可以确定发射源的位置。

根据不同的测量环境、不同的测量要求和不同的使用信号，分别有不同的到达时间差测量方法。常用的有相位法、相关法、广义相关法和自适应滤波器参数模型法等。例如远程导航系统LORAN-C(Long Range Navigation)在测量信号到达时间差时就采用了相位法。

全球定位系统GPS定位精度在十几米左右，在某些特定的应用场景中如码头集装箱定位、或仓库内货物的定位等需要较高精度，精度需要在一两米以内。受限于实现成本，如何得到较高精度到达时间差，是个有挑战的问题，这里的高精度是指如这里提到的一两米，化成时间是1/300～2/300微秒的精度。现有技术一般会选用宽带发射信号，如扩频信号和超宽带信号等。通常发射信号占用的带宽越宽，则可以获得的测量时间差的精度越高。由于信道带宽和器件的限制，不可能一味提高信号带宽。提高接收信号的采样率，是另一个提高时间差测量精度的有效方法，但消耗的硬件资源会很快的上升。所以在进行高精度时间差测量时，如何尽量减少硬件资源，是需要克服的难题。另外，在进行时间差测量时，收发两端载波频偏会影响测量精度，如何减少这种影响，容忍较大的载波频偏，是另一个需要克服的难题。

发明内容

本发明要解决的问题是：解决如何在测量TDOA时提高测量精度，并节省硬件上为提取时间差、实现高精度测量所消耗的资源问题，以及如何减少收发两端载波频偏对测量精度的影响。

本发明的技术方案为：复数扩频信号的到达时间差测量方法，对两个或两个以上到达接收机的信号的到达时间差进行测量，发射机以无线方式发送复数扩频信号：

x(n)＝I(n)+jQ(n)＝|x(n)|e^jφ(n)，n＝0，1，…，N-1

其中I(n)、Q(n)是先经过扩频调制，再经过OQPSK调制后的信号，分别作为发送信号的同相分量和正交分量；|x(n)|是发送信号x(n)的模值，φ(n)是表示发送信号的相位；

接收机对接收的复数扩频信号序列采用复相关法实现捕获，并根据复相关值的峰值点的位置来测量信号到达的时间差；在接收机的天线捕获复数扩频信号序列之后，对复数扩频信号序列进行复数差分处理并缓存，缓存器长度为扩频长度+2，即扩频长度前后各增设一个chip宽度，以便准确计算时延，然后通过内插法提高缓存信号的采样率，并对接收机存储的本地序列做同样的差分和内插法处理，对于任意两个天线接收的复数扩频信号序列信号，将经过内插法处理的所述接收的信号与本地序列信号分别复相关，得到两个复相关值，两个复相关峰值位置处所对应的时间值差值即为这两路天线接收信号的到达时间差。

进一步的，对一段时间内的不同时刻捕获的的几组接收信号，采取最大距离过滤法，将偏离最大的若干个时间差值过滤，得到更精确的两路信号到达时间差，具体过滤的个数根据实际测量的环境确定，测量环境越好过滤数越少，过滤个数最多不超过所得到达时间差总个数的1/2。

本发明包括以下步骤：

1)信号调制，发送：

发射机将随机发送的比特先经过扩频调制，再经过OQPSK调制，得到同相分量I路和正交分量Q路信号，将I路信号I(n)和Q路信号Q(n)正交调制到高频载波上，通过天线以无线形式发送；

2)接收信号，下变频：

m个接收机的接收天线接收复扩频信号序列，m≥2，采用与发送端高频载波相同的频率，对接收信号下变频，各接收机得到I_m路信号和Q_m路信号，接收机接收到的复数扩频序列，即接收信号为：r_m(n)＝I_m(n)+jQ_m(n)；

3)接收机设有时间差测量系统，包括模/数转换器AD和计算模块，模/数转换器AD对接收信号采样，传给计算模块：

模/数转换器AD对接收到的信号同相分量和正交分量进行采样，得到I_m(n)和Q_m(n)，将采样过的信号传给计算模块，其中模/数转换器AD的采样率CLK_i在满足奈奎斯特采样定理前提下根据实际存在的资源量选择；