基于超分辨率UWB信号传播时延估计的室内定位方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于超分辨率UWB信号传播时延估计的室内定位方法及系统。其中，该方法包括向量τ的构造步骤、矩阵S_e(τ)确定步骤、扩展矩阵构造步骤、扩展矩阵的求解步骤、时延估计步骤和室内定位步骤。本发明具有超级分辨率，且当遇到相关信源时，性能不会下降；在低采样率情况下，依然可以分辨出离得很近的时延。基于本发明，能够提供更为精确地室内定位。

主权项

1.一种基于超分辨率UWB信号传播时延估计的室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤：向量τ的构造步骤，构造向量τ＝{τ₁，...τ_T}，T为自然数，表示τ向量包含的时延数目；τ向量满足以下两个条件：1)T远远大于实际时延数目L，L为自然数；2){τ₁，...τ_T}包括所有可能的时延；矩阵S_e(τ)确定步骤，依据向量τ＝{τ₁，...τ_T}，确定矩阵S_e(τ)＝[s_t(τ₁)，..，s_t(τ_T)]，其中，时延为τ的接收路径随时间变化的函数表达式为，...$s_t\left({\tau }_T\right)=E(1-4\pi {\left(\frac{t-{\tau }_T}{{\tau }_m}\right)}^2)\exp (-2\pi {\left(\frac{t-{\tau }_T}{{\tau }_m}\right)}^2),t=1,...K;$其中，t表示时间变量，τ_m用来调整信号的带宽，E决定信号功率；K表示对UWB信号进行快拍取样后得到K个离散样点，1≤K≤+∞；扩展矩阵构造步骤，构造矩阵A的扩展矩阵α_i，i∈[1，...，T]表示各条路径信号振幅；为稀疏矩阵，满足即A中不为零的元素个数为L；扩展矩阵的求解步骤，依据使得求解其中，的1范数定义为：ε表示噪声的方差，根据信噪比的取值范围来确定ε的取值范围；将信噪比设置在0dB-10dB，假设信号功率为1，得到噪声功率ε；y_t为对经过信道后的UWB信号进行快拍取样后得到的K×1维已知向量，y_t＝[y(t₁)y(t₂)...y(t_K)]^T，其中，L表示多径数目，|α_l|表示第l(l＝1，...+∞)条路径的幅度，θ_l表示第l条路径的相位，τ_l表示第l条路径的时延；时延路径下标序号表示时延到达的先后，按照升序排列，τ_l是待估计的视距传播下的TOA估计；w(t)是高斯分布的噪声，其方差为ε；时延估计步骤，依据矩阵A的扩展矩阵确定非零子集A＝[α₁，...α_L]^T，然后通过A和τ的一一映射，得到τ的时延估计谱；室内定位步骤，依据所述τ的时延估计谱，进行室内定位。