一种基于均方差的超宽带无线定位方法

摘要

本发明属于无线定位技术领域，具体是一种基于均方差的超宽带无线定位方法。主要分为四个步骤：A.采集积分能量块、计算得到均方差，并建立均方差、TOA估计误差、归一化门限三个参数的指纹数据库；B.对指纹数据库进行曲线拟合，建立对应于最小TOA估计误差的均方差与归一化门限的对应关系F；C.根据采集的实时信号的均方差，利用对应关系F，计算得到最佳归一化门限，根据此门限得到TOA估计值；D.根据TOA估计值，再利用传统的UWB定位算法，进行基于UWB的无线定位。本发明首次将均方差用于UWB定位，具有定位精度高、稳定性好的优点，可用于物联网、无线传感网等应用中的高精度无线定位。

主权项

一种基于均方差的超宽带无线定位方法其特征在于：A.建立指纹数据库：通过采集积分能量块的信息，建立均方差K、TOA估计误差E、归一化门限Threshold三个参数的指纹数据库，方法为：对于给定范围的信噪比[ENR_min,ENR_max]按照Step_ENR的步长，循环测试Times_max次，每次循环时均需要根据从Threshold_min到Threshold_max，步长为Step_Threshold的多个不同的门限，分别判断其TOA估计误差，具体包括以下主要步骤：1)UWB信号的产生、发送和接收：按照当前设定的ENR完成信号的发送和接收，整个建立指纹数据库的过程需要执行Times_max╳(ENR_max‑ENR_min)/Step_ENR次；2)计算每个能量块的大小：主要包括一个低噪声放大器(LNA)、平方器((.)²)、积分器和判决器；接收信号r经过低通滤波放大器后，信号再通过平方器，然后进行积分，积分步长为T_b；积分器的第n个输出Z[n]即为第n个能量块的能量大小；3)统计所有能量块的均方差K；4)找出第一个超过Threshold的能量块对应的中间时刻，即为TOA估计时间；5)计算TOA估计误差E；6)将均方差K、归一化门限Threshold和TOA估计误差E三个参数保存到指纹数据库中；B.曲线拟合：对指纹数据库进行曲线拟合，建立对应于最小TOA估计误差E_K‑min的不同均方差K与归一化门限Threshold_K‑min的对应关系F，即Threshold_K‑min＝F(K_min)，具体包括以下主要步骤：1)统计所有相同均方差K在不同阈值Threshold下的误差的平均值E_K；2)统计不同K的误差最小值E_K‑min所对应的阈值Threshold_K‑min；3)将K和阈值Threshold_K‑min进行曲线拟合，得到二者对应关系F；C.TOA估计：在第i次定位时，根据采集的实时信号的均方差K_i，利用对应关系F(K_i)，计算得到最佳归一化门限Threshold_i，根据此门限再搜索能量块，并定位到第一个超过门限的能量块所对应的中间时刻，该时刻即为TOA估计值T_i，当在进行第i次定位时具体包括以下主要步骤：1)接收UWB信号；2)计算每个能量块的大小；3)统计所有能量块的均方差K_i；4)将K_i代入拟合的曲线F中得到门限值Threshold_i；5)根据门限值Threshold_i找出第一个超过Threshold_i的能量块对应的中间时刻，即为TOA估计时间T_i；D.UWB无线定位：根据TOA估计值T_i，再利用传统的UWB定位算法，进行基于UWB的无线定位。