基于接收信号强度的自适应时延估计的测距方法及系统的制作方法_3

文档序号:9199533阅读:来源:国知局
[0103] 式(5)中,ω为发射信号的中心角频率,λ为发射信号的波长。
[0104] 本发明实施例中,参看图3所示为电场信号和磁场信号之间的电磁场时延与测距 目标之间的通信距离的关系、路径损耗与通信距离之间的关系,其中,T是电场信号与磁场 ?目号之间的最大时延,λ为彳目号波长,通彳目距尚是为(〇-〇.6)入。
[0105] 本发明实施例中,发射信号的电磁场强度随着通信距离的增加而衰减,当分别用 电场接收天线和磁场接收天线来接收发射信号时,低频信号的传播公式表示为式(6)、式 (7):
[0108] 式(6)中,"like"表示发射天线和接收天线均为电场天线或者磁场天线;式(7)
[0106]
[0107] 中,"ulike"表示发射天线和接收天线中一个为电场天线,一个为磁场天线,Ptx是发射天线 的输入功率,Pkx是接收天线的输出功率,A τχ是发射天线的有效面积,A κχ是接收天线的有效 面积,肩测距目标之间的通信距离,k = 2π/λ为波数,λ是发射信号波长。
[0109] 在前述基于接收信号强度的自适应时延估计的测距方法的【具体实施方式】中,可选 地,所述S3包括:
[0110] 当I之_為)|>~时,更新自适应时延估计模块的电磁场时延初始值A ,当 -4卜八1>不更新自适应时延估计模块的电磁场时延初始值A
[0111] 根据确定的电磁场时延初始值0%并利用自适应时延估计模块对消除噪声后的电 场信号和磁场信号进行处理,确定电磁场时延估计终值b = zM7O,并更新电磁场时延初始 值A,=冲).
[0112] 若电磁场时延估计终值为定值或误差在预设范围内时,则根据所述电磁场时延 估计终值力,确定测距目标之间的通信距离;
[0113] 若电磁场时延估计终值0处于不断变化时,则返回步骤Sl继续执行。
[0114] 本发明实施例中,参看图2所示,采样后的数字信号212通过基于接收信号强度的 自适应时延估计模块213得到磁场信号和电场信号之间的电磁场时延Λ t214,再根据测距 目标之间的通信距离和电磁场时延之间的关系得到测距目标之间的通信距离r215,其中, 基于接收信号强度的自适应时延估计模块的结构示意图为图4所示。
[0115] 本发明实施例中,先设置基于接收信号强度的自适应时延估计模块213中的电磁 场时延初始值&|、电磁场时延差值ΔΒ,其中,电磁场时延差值据电磁场时延估计值 &"的误差范围来确定。当- A)| > Afl时,更新自适应时延估计模块的电磁场时延初始值 A?= Ass,当- A <Δ'不更新自适应时延估计模块的电磁场时延初始值jA);根据确 定的电磁场时延初始值并利用自适应时延估计模块对消除噪声后的电场信号和磁场 信号进行处理,确定电磁场时延估计终值力=力化),并更新电磁场时延初始值4 = zHq. 若电磁场时延估计终值?为定值或误差在预设范围内时,则根据所述电磁场时延估计终值 λ,确定测距目标之间的通信距离。
[0116] 本发明实施例中,若电磁场时延估计终值j处于不断变化时,则返回步骤Sl继续 执行,从而能够对快速移动的测距目标实现精确跟踪测距,当测距目标在快速移动时,本发 明能够根据变化的RSS值不断更新自适应时延估计算法的初始时延估计值。当信噪比在一 定的范围内时,根据RSS计算出的电磁场时延值与真实电磁场时延的误差在一定范围内, 能够有效的提高自适应时延估计算法的收敛速度。同时,由于误差在一定范围内,电磁场时 延初始值也会更加接近于真实时延,能够有效的避免代价函数的局部最优值对时延估计的 影响,使自适应时延估计算法最终收敛于真实时延,从而得到与测距目标之间的真实通信 距离,从而提高测距精度。
[0117] 本发明实施例中,对于RSS值与测距目标之间的通信距离之间的关系以及测距目 标之间的通信距离与电磁场时延的关系建立查找表,能够节约计算时间,提高测距速度。
[0118] 本发明实施例提供的基于接收信号强度的自适应延时估计算法适用于各种自适 应时延估计算法。参看图5所示为基础自适应时延估计模块的结构示意图,在实际应用中, 自适应时延估计模块可以针对不同的噪声环境、不同的信噪比采用基于最小均方(Least Mean Square,LMS)/最小平均p范数(Least Mean P-norm,LMP)等不同方法及其衍生算 法的自适应时延估计算法,如最小均方时间延迟估计(Least Mean Square Time Delay Estimator,LMSTDE)、限制时间延迟估计(Constrained Time Delay Estimator,CTDE)、 明确时间延迟估计(Explicit Time Delay Estimator,ETDE)、简单明确时间延迟估计 (Simplified Explicit Time Delay Estimator,SETDE)、明确时滞和增益估计(Explicit Time Delay and Gain Estimator,ETDGE)等自适应时延估计算法。
[0119] 本发明实施例中,参看图6所示为本发明提供的基于接收信号强度的自适应时延 估计模块对SETDE算法的优化结果,从图6中可以看出电磁场时延阶跃Dsstep= 2. 5T s且按 照正弦方式变化时,其中,Ts是采样点之间的时间间隔,传统SETDE算法无法跟踪时延变化, 改进后的基于接收信号强度指不(Received Signal Strength Indication,RSSI)-SETDE 算法依然能够迅速的跟踪时延变化,从而能够对快速移动的测距目标实现精确跟踪测距。
[0120] 实施例二
[0121] 本发明还提供一种基于接收信号强度的自适应时延估计的测距系统的具体实施 方式,由于本发明提供的基于接收信号强度的自适应时延估计的测距系统与前述基于接收 信号强度的自适应时延估计的测距方法的【具体实施方式】相对应,该基于接收信号强度的自 适应时延估计的测距系统可以通过执行上述方法【具体实施方式】中的流程步骤来实现本发 明的目的,因此上述基于接收信号强度的自适应时延估计的测距方法【具体实施方式】中的解 释说明,也适用于本发明提供的基于接收信号强度的自适应时延估计的测距系统的具体实 施方式,在本发明以下的【具体实施方式】中将不再赘述。
[0122] 本发明实施例还提供一种基于接收信号强度的自适应时延估计的测距系统,包 括:
[0123] 消除噪声单元,用于获取电场信号和磁场信号,并消除所述电场信号和磁场信号 中的噪声;
[0124] 时延初步确定单元,用于确定消除噪声后的电场信号和磁场信号的强度,并初步 确定电磁场时延估计值;
[0125] 通信距离确定单元,用于根据初步确定的电磁场时延估计值确定电磁场时延初始 值,并对除去噪声后的电场信号和磁场信号的进行处理,确定测距目标之间的通信距离。
[0126] 本发明实施例所述的基于接收信号强度的自适应时延估计的测距系统,通过消除 噪声后的电场信号和磁场信号的强度对电磁场时延估计值进行初步估计,并根据初步估计 的电磁场时延估计值确定电磁场时延初始值,再对除去噪声后的电场信号和磁场信号的进 行处理,从而确定测距目标之间的通信距离。这样,根据初步估计的电磁场时延估计值确定 电磁场时延初始值,在一定信噪比范围内,能够避免代价函数局部最优值对电磁场时延估 计的影响,且当测距目标在快速移动时,本发明能够根据获取到的电场信号和磁场信号的 强度不断更新自适应时延估计算法的电磁场时延初始值,能够有效的提高自适应时延估计 算法的收敛速度、电磁场时延估计精度和测距精度。
[0127] 在前述基于接收信号强度的自适应时延估计的测距系统的【具体实施方式】中,可选 地,所述系统还包括:
[0128] 初始化单元,用于设置电磁场时延初始值A、电磁场时延差值Ad,采样个数N、发 射信号的峰均功率比Rtx;
[0129] 所述消除噪声单元包括:
[0130] 信号发射模块,用于通过发射端将低频信号发射出去;
[0131] 电场信号接收模块,用于通过电场接收天线获取发射信号中的电场信号;
[0132] 磁场信号接收模块,用于通过磁场接收天线获取发射信号中的磁场信号;
[0133] 消除噪声模块,用于通过自适应阈值噪声消隐器消除所述电场信号和磁场信号中 的噪声;
[0134] 信号存储模块,用于将消除噪声后的电场信号和磁场信号分别存储至N个存储空 间中。
[0135] 在前述基于接收信号强度的自适应时延估计的测距系统的【具体实施方式】中,可选 地,所述消除噪声模块包括:
[0136] 接收
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