一种基于混合相关接收及误差迭代的车辆测距方法与流程

本发明属于无线测距、定位导航领域，可用于车联网中使用ieee802.11p协议的车辆高精度无线定位，具体为一种基于混合相关接收及误差迭代的车辆测距方法。

背景技术：

根据世界卫生组织2015年的报告，即使道路交通安全得到改善，每年交通事故死亡人数仍然高达125万人，并且15-29岁年轻人成为主要群体。车辆应用中的协同碰撞避免或警告系统可以帮助预测潜在危险并降低事故的发生概率，可以有效减少车辆碰撞，从而减轻损害并在将来挽救生命。在its(智能交通系统)中，车辆定位技术可以提供车辆碰撞警告，因此，对车辆定位精度的要求越来越高。

车辆定位技术有多种，比如gps以及使用惯性导航作为辅助的差分gps。无线定位技术是车辆定位的一个分支，从定位手段上可以分为两大类：基于测距的定位和无需测距的定位。其中测距定位以rssi(信号强度)、toa(到达时间)、aoa(到达角度)为主。目前在车辆定位中取得了一定研究，尤其是toa估计。

ieee802.11p标准是2010年由ieee组织提出的，专门对ieee802.11标准的修正，以便在车联网环境下提供无线接入能力来支持在智能交通系统中的应用。原始的ieee802.11标准主要用于局域网，因此它在高频移、多径、快衰落的车载环境下并不适用。在ieee802.11p的物理层和介质访问控制层中专门为车联网环境进行了系列修改，例如：增加符号的持续时间，保护间隔等。ieee80.11p采用ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用)的调制技术，其中前导码(preamble)包括10个短训练序列(shortpreamble)和2个长训练序列(longpreamble)。

本发明专利是在ieee802.11p基础上提出的采用10个短训练序列，基于自相关和互相关接收方法，采用平均绝对误差迭代的时间同步方法，从而根据估计的时延乘以电磁波的速率即可得到车辆间的距离信息。该方法可以实现多径、非视距、高多普勒频移环境下的高精度测距，从而为车辆连环碰撞提供重要的距离参数。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于混合相关接收及误差迭代的车辆测距方法，以克服现有车辆测距只能实现相邻车辆测距无法进行多车辆连环碰撞预警问题。特别是在多径、非视距、高多普乐频移环境下可以提高车辆测距精度。

一种基于混合相关接收及误差迭代的车辆测距方法其特征主要包括如下步骤：

a.接收信号自相关：ieee802.11p物理层协议中，首先对接收信号r进行自相关运算，并将其结果psc，进行固定窗口滑动运算后再取平均值，结果为mc，具体计算方法为：

其中，*表示复数的共轭运算，n＝16为ieee802.11p协议中一个短训练符号长度，g＝16为循环前缀长度。

b.互相关：以ieee802.11p协议中的一个短训练符号序列作为模板信号s，长度大小为n，与接收信号的频移修正信号rcort进行互相关运算，得到px，再将px与自相关结果mc进行混合相关，其结果作为统计量mopt，其中：

由接收信号r得到其修正信号rcort的频移修正方法为：

互相关运算方法为：

混合相关方法为：

mopt＝|px|²mc。

c.统计结果求和：对混合相关结果mopt以间隔l＝16的9个样本为一组，分别进行求和得到时延估计序列sopt，具体计算方法如下：

d.绝对平均误差迭代：

1)判断当前求和序列sopt中最大值之前的所有样本个数是否超过160，如果不是则退出迭代执行步骤3)，如果是则执行步骤2)计算平均绝对误差，进一步判断；

2)计算求和序列中sopt最大值之前的所有样本的平均绝对误差，计算公式如下：

判断如果madg[1]＞0.9而且madg[10]＜0.01，则迭代结束转向执行步骤3)，否则将当前最大值所在下标处的sopt值置为零，即sopt[peakindex]＝0，返回步骤1)进行循环迭代；

3)结束迭代返回当前sopt最大值所对应的下标peakindex。

e.车辆间距离计算：估计的时延peakindex乘以信号采样间隔ts再乘以电磁波传播速率c，其结果即为车辆间的距离ieee802.11p协议中ts单位为微秒，距离计算公式如下：

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1.实现了通过混合相关接收及误差迭代进行车辆距离测量的方法，从而可以实现多车辆之间的协同预警。

2.在多径、高多普勒频移等环境下，该方法测距精度优于其他常用的方法。

附图说明

图1是本发明的测距方法的具体流程图。

图2是在itu-a车辆环境下，信噪比为0db时，接收信号经过自相关加互相关运算后的结果。

图3是在图2结果下再经过求和运算后的结果。

图4是归一化平均绝对误差处理的流程。

图5是在图3结果下归一化平均绝对误差处理后的结果。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的实施方式。实施例中假定信号的传播时延为191个采样点，主要流程如图1所示。其中：

a.自相关：目前传统的时间同步方法，主要用于无线定位系统中，集中在自相关或者互相关接收，本发明在此基础上提出了自相关和互相关相结合的方法：首先对ieee802.11p的ofdm信号进行接收，接收信号r首先进行自相关运算得到psc；为克服平台效应，对psc再进行固定窗口滑动取平均值运算，结果为mc，具体计算方法为：

b.互相换：以ieee802.11p协议中的一个短训练符号序列作为模板信号s，长度大小为16，与接收信号的频移修正信号rcort进行互相关运算，得到px，再将px与自相关结果mc进行混合相关，其结果作为统计量mopt，计算方法为：

在低信噪比itu-a车辆环境下，假设信噪比为0db，接收信号经过自相关加互相关运算后的结果如图2所示。

c.求和：在理想情况下，相关接收的结果会出现9个相同幅值的重复脉冲，由于ieee802.11p物理层的10个相同sp符号长度为16，因此提出了每间隔16进行分组求和，sp为10个重复的序列，因此将求和长度设置为9，计算方法为：其运算结果如图3所示。

d.循环迭代：采用循环迭代的方法求出最优时延估计，其流程图如图4所示。假设时延为191个采样点，其运算步骤如下：

1)判断当前求和序列的sopt中最大值之前所有样本个数是否超过160，如果不是则退出迭代执行步骤3)，如果是则执行步骤2)计算平均绝对误差，进一步判断；

2)计算求和序列中sopt最大值之前的所有样本的分组平均绝对误差值，计算公式为判断如果madg[1]＞0.9而且madg[10]＜0.01，则迭代结束转向执行步骤3)，否则将当前最大值所在下标处的sopt值置为零，即sopt[peakindex]＝0，返回步骤1)进行循环迭代；

3)结束迭代返回当前sopt最大值所对应的下标peakindex，在理想情况下，下标应该为传播时延对应的下标，即191个采样点，如图5所示。

e.距离计算：实例中sopt最大值所在的下标为191，再乘以信号采样间隔ts再乘以电磁波的传播速率c，其结果即为车辆之间的距离在ieee802.11p标准中ts的取值为1微秒。

综上所述，本发明实施例提供了一种车辆无线定位方法，在传统的时间估计算法自相关方法的基础上加上自相关作为时延估计的时间度量；再使用求和的方法来增大正确的时延位置相关结果，削弱不相关的采样点；经过分析每间隔16个样本组成的序列所呈现的统计特征量，即平均绝对误差，来估计出传播时延。仿真发现提出的方法在低信噪比条件下依然可以估计出较准确的时延。