专利名称：位置确定的方法
技术领域：
本发明涉及射频系统中位置确定的方法，并涉及射频系统中位置确定的设备。
欧洲专利公开0 654 677 A描述了一种处理多路环境中信号的方法。
然而，存在漫反射时，特别当这种部件很多并放置得很靠近时(例如这发生在包括粗糙不平表面和杂波的室内环境中)，这些方法并不能很好地执行。因此，导致估计不精确以及定位不准确。
本发明的一个目的是避免或减小散射多路不准确性。
本发明的另一个目的是提供良好的定位准确性。
本发明的另一个目的是从接收的信号中去除漫散射成分。
根据本发明，提供一种射频系统中位置确定的方法，该方法包括使在一个单元接收的信号与在所述单元处的复制信号相关联，并使用包括与第二项结合的指数项的优化函数处理该相关信号。
这样，本发明的方法可以提供室内环境中准确的位置测量。
优选地，指数项的形式为Be-αt，第二项的形式为τo(1-τo2t2).]]>该方法可以包括执行复制信号的积分，和/或使用一组参数拟合优化函数与视线相关函数，和/或使散射相关输出与视线函数输出重叠并使用已知值的相关数据拟合视线的输出。
该方法可以包括首先实施多径缓解技术以使得接收和复制信号相关联。
多径缓解技术可以包括多路径估算延时锁相环(MEDLL)技术，或最小均方误差(MMSE)技术。
根据本发明，还提供一种可直接装载到数字计算机内存的计算机程序产品，它包括软件代码部分，当所述产品在计算机中运行时执行本发明的方法。
根据本发明，还提供一种可直接安装到数字计算机内存的计算机程序，它包括软件代码部分，当所述程序在计算机中运行时执行本发明的方法。
根据本发明，还提供一种载波，它可以包括电子信号，用于采用本发明的计算机程序，和/或本发明的计算机程序产品、或计算机程序、或载波的电子分布。
根据本发明，还提供用于射频系统的位置确定的设备，该设备包括使在单元接收的信号与在所述单元处的复制信号相关联的装置，以及使用包括与第二项结合的指数项的优化函数来处理相关信号的装置。
本发明尤其适用于包括GPS和GSM网络的射频系统，特别是室内环境，并可以以硬件和/或软件的方式执行。
为使本发明更易于理解，下面参考附图仅通过实例给出描述，附图中
图1是本发明的接收机单元的示意图；图2是图1的单元的硬件执行；图3是本发明方法的信号处理操作的流程图；图4描述了散射体所处的表面。
图1示出了本发明的移动射频接收机单元1，它位于房间2内，该房间具有多个物体，包括椅子3、桌子4、书柜5和反射表面例如墙6。这些物体共同作用为单元1接收的GPS信号类型产生大量的漫反射。
图2中示出了单元1的硬件执行中的部件的细节，它具有天线10，以接收输入信号R(t)并传输它到乘法器块11，用于与载波发生器12的输出C相乘以使信号R(t)混录。合成的信号传输到相关器块13，用于混录的信号与从代码发生器产生的复制代码的后续关联，以便使用从代码发生器14输入的信号产生从I(虚部)和Q(实部)信道输出的相关数据输出。
该相关数据然后传输到信号处理块15，该信号处理块15适当调整代码发生器13和载波发生器12。
图3示出了信号处理的相关操作中的主要步骤的流程图，以去除本发明中的散射成分。
流程图的步骤1涉及存在多路信号时的位置测量的标准信号处理，一般通过多路径估算延时锁相环(MEDLL)方法完成，该方法在欧洲专利公开号No.EP 0 654 677 A中有一般性地描述。
步骤1涉及使用该方法以提供使用N个“三角形”的优化拟合，由此估算多路径参数{a_0，....a_N}{t_1，....t_N}{q_1，....t_N}然后通过使用从MEDLL方法获得的t_0的初始值(包括用于B和α的小初始值)，步骤2添加到标准相关操作，然后使函数f(τ)=Bα-∞(fo1-τ02f2+1)---(1)]]>与复制信号s(t-τ)相关联。
使用乘法器块11执行关联，使得接收的信号r(t)被载波上的复制代码相乘以使所接收的信号混录以及获得相关数据。然后在步骤3中通过积分器16将这些数据相加以给出I和Q信道的相关函数数据，因为信号的相位，相关函数很复杂。
在步骤4，使用下面的参数{a_0，t_0，q_0}使f(τ)与视线三角形拟合到使用已知值的相关数据，使用的已知值为{a_1，...a_N}{t_1，....t_N}{q_1...q_N}’其中，a0，...aN是接收信号中的所有反射成分的幅度τ0，...τN是接收信号中的所有反射成分的延时q0，...qN是接收信号中的所有反射成分的相位。
步骤5涉及发现下面的值B，α，a_0，q_0
t_0和E(均方差)，试验不同的值直到到达全局最小误差为止，并存储所有得出的值。
步骤6涉及对于各个值进行积分的相同操作，然后反馈它们到步骤2以重复该过程。
这样，以方程(1)表征的函数f(τ)足以有效地清除漫反射的相关函数。
作为一种变型方案，相关操作的软件执行与算法结合以实现·使用本地代码和接收信号的取样值的乘积与总和，执行本地复制代码与接收信息数据的相关联，以产生解调的相关数据；·通过使N个固定宽度为2*个片宽的三角形与解调的相关数据相拟合，使得N个三角形给出了最小全局误差，执行常规的位置测量方法，以及·执行方程1的f(τ)和步骤2。
更为详细地，根据本发明，图3示出了信号处理的一个附加步骤，对于大量多径缓解技术，例如多路径估算延时锁相环(MEDLL)或最小均方差(MMSE)技术，用于清除残余漫反射成分的接收的相关函数。
尽管图3所示的方法以及下面的描述都参考MEDLL技术，但应当理解的是，此后描述的对该技术的改进也同样适用于其他形式的多径缓解技术，这些其他形式的多径缓解技术的一个实例是最小均方误差(MMSE)方法。
信号处理中附加的步骤利用最大似然估算量(MEDLL)或贝叶斯估算法(MMSE)中的清除函数f(τ)，能够从接收的相关函数数据中去除漫散射成分。
本发明允许使用新的相关函数执行最大似然估算量的优化，该新的相关函数是视线(LOS)相关函数和散射相关函数的和，这两个函数都与LOS延时τ0有关。
改进的估算量使用漫散射过程的近似值。
当前使用的常规MEDLL技术的最大似然估算量由下式给出L≡∫[D(τ)-Σn=0NaneiθnP(τn)]2.dτ---(3)]]>
其中R(τ)=Σn=0NaneiθnP(τn),---(4)]]>其中P(τn)是以时间τ＝τn中心对称的单位高度的三角形，具有以下基数两个片宽2Tc，第n个反射相位θn，第n个幅度αn，以及第n个延时τn。
它们是相关函数模型中的参数。
项D(τn)D(τ)＝∫r(t)s(t-τ).dt，(5)是从接收的信号数据r(t)得出，在接收机中与复制信号s(t)相关联，以获得相关函数数据。
这样，用在MEDLL方法中的多路径参数{a0...aN，θ0...θN，τ0...τN}的最大似然估算量由这些最小化估算量L的参数值给出。
在计算方程(1)的函数f(τ)时，考虑三个主要因素，分别为i)随着路径长度或时间的增加，随机散射叠加射线的组合幅度；ii)随着路径长度或时间增加，随机放置的散射体的数目；iii)随着路径长度或时间增加，射线幅度的自由空间衰减。
为了得出如上面i)中提及的随机散射叠加射线形式，假设漫反射体是均匀分布的，这是因为它们可以看成从随机放置的位置散射射线。而且，在任何给定的路径长度，所有射线幅度大致相等，所以随机散射仅在各个接收射线的相位中明显。
随着时间增加，因为较长反射路径的射线被进一步散射，任意两个所接收射线的相位的相互相似性减弱。而且，相同路径长度的各个射线的相位发散增加，因此，各个射线的幅度在叠加的基础上更倾向于相互抵消。
随机散射效应的指数衰减由下式给出f(t)＝Ae-t/b， (6)其中t是射线的传播延时。常数b决定函数趋于零的速度。因为在较短的波长发生更多的再辐射，波长λ具有以下属性
b∝λ.
用物理波长λ代替b得出下面形式的接收信号的随机相位近似值f(t)＝Ae-kt/λ(7)其中，A是所传输信号的幅度。
为了确定如ii)中提及的相对于时间的散射体的数目，假设每个散射体在空间是点均匀分布的。对于从发射器A传输到接收机B的信号的任何固定路径长度，反射体必须位于一个椭圆体的表面。因此，反射体的数目N正比于一个椭圆体的表面积，该椭圆体的焦点被距离AB分离。
图4示出了对于固定路径长度r散射体所处的表面，其中射线从点A传输到点B。随着r的增加，因为遇到的散射体数目增加，从A到B的路径变得更具有偶然性。
存在椭圆体的表面积的分析表达式，但它包含第二类的完整椭圆积分，这必须进行数值计算。不过，可以得出该表面积的具有更直观形式的近似分析形式。椭圆体的表面积的近似值必须保持下面的极限t→cAB以及t→∞。
对于最短反射延时的表面积的情况，它可以等价地看成AB→∞的表面积，反射体位于圆柱体区域的表面S＝2πbAB，(8)其中，b是椭圆体的较小轴。
假定r是射线的反射路径长度，那么b=r2-AB22.---(9)]]>因此，对于t→cAB→0，反射体的数目由下式给出N(r)=S=πABr2-AB2.---(10)]]>对于最长反射延时的表面积的情况，其可以等效地看成AB→0的表面积，反射体位于球体的表面，具有下面简单的形式N(r)＝πr2，(11)其中路径长度r是球半径的两倍。
因此，散射体数目的近似形式是时间的函数，由下式给出N(t)=πc[tABt2-tAB2+t2].---(12)]]>其中c是光速，t是所接收的反射射线从A传输到B的时间，tAB是射线从A直接传输到B的时间。
所以，随着时间的流逝，当散射体所处的表面从圆柱体演变成球体时，散射体的数目增加。这样，因为射线相遇的散射体的数目增加，及时接收的射线的数目以及接收的信号的数目也增加因子N(t)。
然后，随着时间的流逝，如上面iii)中提及的，幅度在自由空间衰减，其量为1/r2． (13)由于自由空间传播衰减，N(t)的影响减小到下面的数值M(t)=πct2[tABt2-tAB2+t2].---(14)]]>随机相位叠加、散射体的数目以及自由空间传播衰减三个因素的影响，i)到iii)，由此相结合以得出下面接收信号的散射部分的近似值f(t)=Ae-kt/λπct2[tABt2-tAB2+t2].---(15)]]>这可以简化为f(t)=Be-∞[τ0t2-τ02t2+1].---(16)]]>其中B=πAc2]]>和α＝k/λ散射近似值可以看成接收信号r(t)的背景函数，其中由线性叠加信号基数表示的镜面反射可以叠加，导致MEDLL方程转变成下面的形式r(t)=Σm=0M-1ameiθms(t-τm)+Be-∞[τ0t2-τ02t2+1].---(17)]]>因为散射过程是随机的，涉及大量的射线并呈现指数衰减，上述近似值提供了散射过程的好的特性。
最大似然评估量此前在公式(1)中给出。
由此本发明提供改善的评估量，具有清除漫反射的相关函数的能力，由下面的方程给出M≡∫[D(τ)-Σn=0NaneiθnP(τn)-B∫e-∞(τ01-τ02t2+1)s(t-τ).dt]2.dt---(18)]]>其中s(t)是复制信号，B和α是自由参数。其他参数在此前的最大似然评估量中都有描述。
从方程(16)中给出的接收信号的散射部分的近似值得出的项f(τ)=B∫e-∞(τ01-τ02t2+1)s(t-τ).dt,---(19)]]>代表对最大似然(MEDLL)估算量的改善。
图3示出了该方法的一个实例，通过它可以执行本发明。
对于本领域技术人员来说，显而易见的是，该方法可以包含在软件或硬件中，例如作为射频接收机的部分信号处理单元。
权利要求
1.射频系统中位置确定的方法，该方法包括使在单元(1)接收的信号(R(t))与所述单元处的复制信号相关联(步骤1)，以及使用优化函数处理(步骤2)该相关信号，该优化函数包括与第二项结合的指数项。
2.根据权利要求1所述的方法，其中指数项的形式为Be-αt(步骤2)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中第二项的形式为τo(1-τo2t2)]]>(步骤2)
4.根据前面任一个权利要求所述的方法，包括实现复制信号的积分(步骤3)。
5.根据前面任一个权利要求所述的方法，包括使用一组参数拟合优化函数与视线相关函数(步骤4)。
6.根据权利要求5所述的方法，包括使散射相关输出与视线函数输出重叠以及用已知值的相关数据拟合视线输出。
7.根据前面任一个权利要求所述的方法，包括首先执行多径缓解技术以实现接收和复制信号的相关联。
8.根据权利要求5所述的方法，其中多径缓解技术包括多路径估算延时锁相环(MEDLL)技术(步骤1)。
9.根据权利要求5所述的方法，其中多径缓解技术包括最小均方误差(MMSE)技术。
10.一种直接可以装载到数字计算机内存的计算机程序产品，包括软件代码部分，当所述产品在计算机上运行时，执行权利要求1到9中任何一个或多个的方法。
11.一种直接可以装载到数字计算机内存的计算机程序，包括软件代码部分，当所述程序在计算机上运行时，执行权利要求1到9中任何一个或多个的方法。
12.一种可能包括电子信号的载体，用于权利要求11的计算机程序。
13.权利要求10的计算机程序产品或权利要求11的计算机程序或权利要求12的载体的电子分布。
14.射频系统的位置确定的设备，该设备包括使在单元(1)接收的信号(R(t))和在所述单元处的复制信号相关联(13)的装置，以及使用优化函数处理该相关信号的装置(13)，该优化函数包括与第二项结合的指数项。
15.根据权利要求14所述的设备，其中指数项的形式为Be-αt。
16.根据权利要求14或15的设备，其中第二项的形式为τo(1-τo2t2)]]>
17.根据权利要求14到16中任意一个的设备，包括实现复制信号积分的装置(15)。
18.根据权利要求14到17中任意一个的设备，包括使用一组参数拟合优化函数与视线相关函数的装置(15)。
19.根据权利要求18的设备，包括使散射相关输出与视线函数输出重叠以及用已知值的相关数据拟合视线输出的装置(15)。
20.根据权利要求14到19中任意一个的设备，包括首先执行多径缓解技术以实现接收信号(R(t))和复制信号的关联的装置。
21.根据权利要求20所述的设备，其中多径缓解技术包括多路径估算延时锁相环(MEDLL)技术。
22.根据权利要求20所述的设备，其中多径缓解技术包括最小均方误差(MMSE)技术。
全文摘要
单元1具有天线(10)，接收输入信号R(t)并将其传输到乘法器块(11)使其与载波发生器(12)的输出C相乘以使信号R(t)混录，该混录信号传输到用于混录信号的后续关联复制代码相关器块(13)以及代码发生器的发生器相关器(13)，以便使用从代码发生器(14)输入的信号产生从I(虚部)和Q(实部)信道输出的关联数据。该关联数据然后传输到信号处理块(15)，该块适当调整代码发生器(13)和载波发生器(12)以提供具有多种漫反射的室内环境中准确的位置测量。
文档编号G01S1/00GK1856717SQ200480027850
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月27日
发明者J·罗森费尔德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司