CN113038374B - 基于超带宽通信的toa方差检测定位方法及系统 - Google Patents

基于超带宽通信的toa方差检测定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明针对室内障碍物比较多的情况下多径干扰严重影响定位精确度的技术问题，提供了一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法及系统，其中方法部分基于超带宽通信对接收信号进行方差检测，根据方差检测的结果计算接收信号的TOA并进行定位，该方法在高信噪比环境下带来了误差的降低，提高了定位精度。在优选方案中，还结合了对接收信号的预处理步骤使得在高、低信噪比环境下均实现了误差的降低；其在本申请提及的算法中性能最佳，误差最低，精确度最高。

Description

基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法及系统
技术领域
本发明涉及超宽带室内定位技术领域，具体涉及基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法及系统。
背景技术
高度精确的位置信息在许多商业、公共安全和军事应用中具有重要意义。UWB(Ultra-Wideband Band，超宽带)是一种新兴的短距离无线通信技术，具有低功耗、短距离、定位精度高等特点，能够在恶劣环境提供超高的精确度。UWB抗多径干扰能力极强，在室内复杂的环境下，UWB室内定位也能提供非常高的定位精度。
在现有技术中UWB室内定位最常采用的方案为基于TOA(Time of Arrival，到达时间)最大能量检测的定位方法，即通过检测信号的能量来获取第一径信号的到达时间进而计算定位目标的位置；但是，能量最大值对应的TOA不一定是第一径信号，这种多径干扰的情况会导致定位性能降低，尤其是室内障碍物比较多的情况下，如NLOS(非视距可达)传播环境，将严重影响定位的精确度。
公告日为2020.05.19，公开号为：CN106131949B的中国发明专利：一种基于能量均值检测的到达时间估计方法，试图通过采用基于时间平均的最大最小能量均值(TMMMR)来设置最优归一化门限，选取最先超过判决门限的那一个能量块的中间位置作为到达时间估计值，以此应对多径干扰。但该方案仍有一定的局限性。
发明内容
针对现有技术的局限，本发明提出一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法及信号预处理方法，本发明采用的技术方案是：
一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，包括以下步骤：
S1，获取接收信号；所述接收信号为待定位目标发射的超带宽通信信号；
S2，对所述接收信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子；
S3，对所述估计因子的量值进行相互比较，根据量值最小的估计因子所对应的索引计算得到所述接收信号的到达时间，根据所述接收信号的到达时间计算得到待定位目标的位置。
相较于现有技术，本发明针对室内障碍物比较多的情况下多径干扰严重影响定位精确度的技术问题，基于超带宽通信对接收信号进行方差检测，根据方差检测的结果计算接收信号的TOA并进行定位，在高信噪比环境下带来了误差的降低，提高了定位精度。
作为一种优选方案，所述接收信号采用混沌差分移位键控调制，由参考信号以及信息信号组成。
进一步的，所述样本方差Vn,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000021
其中，En,k为在所述步骤S2对所述参考信号进行采样过程中检测到的信号能量，n＝0,...,Nt-1,k＝0,...,K-1；Nt＝Nysm·Ns为所述参考信号的码片个数，所述参考信号包括Nysm个符号，各符号分为Ns个比特；K为采样的样本个数；Tint为采样间隔。
进一步的，所述信号能量En,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000022
其中，ref(t)为参考信号。
作为一种优选方案，在所述步骤S2中，包括以下步骤：
S21，对所述接收信号进行解调和判决，得到恢复比特序列；
S22，对所述恢复比特序列进行映射：将所述恢复比特序列中的“0”映射为“-1”，将所述恢复比特序列中“1”继续映射为“1”，得到映射比特序列；
S23，将所述映射比特序列与所述信息信号对应的比特相乘，得到所述信息信号的反馈量；
S24，将所述反馈量与所述参考信号相加，对相加结果除以2后得到加入所述反馈量后的参考信号；
S25，对加入所述反馈量后的参考信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子。
进一步的，所述样本方差Vn,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000031
其中，En,k为在所述步骤S25对加入所述反馈量后的参考信号进行采样过程中检测到的信号能量，n＝0,...,Nt-1,k＝0,...,K-1；Nt＝Nysm·Ns为所述接收信号的码片个数，所述接收信号包括Nysm个符号，各符号分为Ns个比特；K为采样的样本个数；Tint为采样间隔。
进一步的，所述信号能量En,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000032
其中，rB(t)为加入所述反馈量后的参考信号。
进一步的，在所述步骤S3中通过以下公式计算得到所述接收信号的到达时间
Figure BDA0002977416090000033
Figure BDA0002977416090000034
其中，kmin为量值最小的估计因子所对应的索引。
进一步的，在所述步骤S3中通过以下公式计算待定位目标的位置：
Figure BDA0002977416090000035
其中，(x,y)为待定位目标的位置，(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)为已知定位接收端的位置，t1,t2,t3为所述接收信号在各接收端的到达时间。
本发明还包括以下内容：
一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位系统，包括：接收信号获取模块、估计因子获取模块以及定位计算模块，所述估计因子获取模块分别连接所述接收信号获取模块以及定位计算模块；其中：
所述接收信号获取模块用于获取接收信号；所述接收信号为待定位目标发射的超带宽通信信号；
所述估计因子获取模块用于对所述接收信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子；
所述定位计算模块用于对所述估计因子的量值进行相互比较，根据量值最小的估计因子所对应的索引计算得到所述接收信号的到达时间，根据所述接收信号的到达时间计算得到待定位目标的位置。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例1提供的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法的原理框图；
图3为超带宽通信系统中发射端与接收端示意图；
图4为本发明实施例采用的超带宽通信信号结构示意图；
图5为本发明实施例采用的DCSK发射机原理图；
图6为本发明实施例采用的DCSK接收机原理图；
图7为本发明实施例1的方案与现有技术的定位性能仿真图；
图8为本发明实施例2提供的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法的步骤流程图；
图9为本发明实施例2提供的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法的原理框图；
图10为实施例2提供的TOA定位反馈辅助方法的原理框图
图11为本发明实施例2的比特误码示例图；
图12为本发明实施例2的比特映射结果示例图；
图13为CM1信道下四种方案的定位性能仿真比较图；
图14为CM2信道下四种方案的定位性能仿真比较图；
图15为本发明实施例3提供的基于超带宽通信的TOA方差检测定位系统示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，请参阅图1以及图2，包括以下步骤：
S1，获取接收信号；所述接收信号为待定位目标发射的超带宽通信信号；
S2，对所述接收信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子；
S3，对所述估计因子的量值进行相互比较，根据量值最小的估计因子所对应的索引计算得到所述接收信号的到达时间，根据所述接收信号的到达时间计算得到待定位目标的位置。
相较于现有技术，本发明实施例针对室内障碍物比较多的情况下多径干扰严重影响定位精确度的技术问题，基于超带宽通信对接收信号进行方差检测，根据方差检测的结果计算接收信号的TOA并进行定位，该方法在高信噪比环境下带来了误差的降低，提高了定位精度。
作为一种优选实施例，所述接收信号采用混沌差分移位键控调制，由参考信号以及信息信号组成。
具体的，本发明实施例的实施场景在一种采用混沌差分移位键控调制(DCSK，Differential Chaos Shift Keying)的超带宽通信室内环境中，请参阅图3，包括定位信号的发射端，即待定位目标，如手机等移动设备；还包括接收定位信号的接收端，如基站。
DCSK采用混沌信号作为发射信号，混沌信号固有的宽带特性，使得混沌信号容易在任何频段内产生，并且混沌信号有非常好的互相关特性，抗多径干扰能力强。离散混沌信号一般利用Logistic映射模型产生。
Logistic映射表达式可写为：
Figure BDA0002977416090000061
根据以上迭代方程，给定初始值就可以得到无限长的离散混沌序列。
DCSK调制器通过传输两段连续的混沌样本信号实现对信息符号的调制，请参阅图4，第一段信号作为参考信号(preamble)，第二段信号作为信息信号(payload)；参考信号包含Nysm个符号(symbol)，符号周期为Tb，每个符号分成Ns个比特，每个比特的周期为Tf，每个比特又细分成更小的时间点Tc，这些时间点被称为码片，其中每个比特都包含能量脉冲p(t)，由几个码片组成，脉冲宽度为Tp，Tp远远小于Tb，那么参考信号总共有Nt＝Nysm·Ns个码片。
当发送的符号为“+1”时，第二段信号与第一段信号一样，当发送的bit为“0”时，第二段信号是第一段信号的起反信号，原理请参阅图5。
通常，参考信号占用前半个符号周期，信息承载信号占用后半个周期，因此，如果发送符号为“+1”，发送信号的形式为：
Figure BDA0002977416090000071
如果发送符号为“0”，发送信号的形式为：
Figure BDA0002977416090000072
式中，c(t)为混沌信号，T为符号周期，j为符号索引。
根据IEEE802.15.4a信道模型，信道冲激响应由以下公式给出：
Figure BDA0002977416090000073
接收信号的表达式为：
Figure BDA0002977416090000074
上式中n(t)为加性高斯白噪声，均值为0，方差为N0/2。
Figure BDA0002977416090000075
的表达式为：
Figure BDA0002977416090000076
相对应的，本实施例采用差分相干解调，接收机原理图请参阅图6，其中：
Figure BDA0002977416090000077
将以上两个信号经过能量检测器后相减得到判决因子zm后判决恢复bit：
Figure BDA0002977416090000078
如果zm＞0，则bit为“1”，反之则为“0”。
进一步的，所述样本方差Vn,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000079
其中，En,k为在所述步骤S2对所述参考信号进行采样过程中检测到的信号能量，n＝0,...,Nt-1,k＝0,...,K-1；Nt＝Nysm·Ns为所述参考信号的码片个数，所述参考信号包括Nysm个符号，各符号分为Ns个比特；K为采样的样本个数；Tint为采样间隔。
进一步的，所述信号能量En,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000081
其中，ref(t)为参考信号。
具体的，
Figure BDA0002977416090000082
进一步的，在所述步骤S3中通过以下公式计算得到所述接收信号的到达时间
Figure BDA0002977416090000083
Figure BDA0002977416090000084
其中，kmin为量值最小的估计因子所对应的索引。
进一步的，在所述步骤S3中通过以下公式计算待定位目标的位置：
Figure BDA0002977416090000085
其中，(x,y)为待定位目标的位置，(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)为已知定位接收端的位置，t1,t2,t3为所述接收信号在各接收端的到达时间。
具体的，从上述公式中任意选择两组方程便可以求出待定位目标的坐标(x,y)，采用三个(至少)不同基站来检测信号到达两个基站的绝对时间差来确定移动设备的位置，不需要知道待定位目标发出信号的时间，能极大地降低了信号源与基站的同步要求，定位的精确度也大大提升。
利用matlab对本实施例提供的方案进行仿真实验的结果请参阅图7，该仿真实验中，仿真信道为CM1信道，符号周期Tb＝100ns，脉冲宽度Tp＝0.5ns。
图7中横坐标为信噪比，纵坐标为时间误差，棱形角标的连线为现有的最大能量检测定位方法的结果，三角形角标的连线为本实施的结果。由仿真结果图可知本实施例提供的方案的性能在信噪比为7dB左右开始比现有的最大能量检测定位方法更优。
实施例2
实施例2可以视为在实施例1结合了信号预处理后的改进方案，请参阅8及9，一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，包括以下步骤：
S1，获取接收信号；所述接收信号为待定位目标发射的超带宽通信信号，采用混沌差分移位键控调制，由参考信号以及信息信号组成；
S21，对所述接收信号进行解调和判决，得到恢复比特序列；
S22，对所述恢复比特序列进行映射：将所述恢复比特序列中的“0”映射为“-1”，将所述恢复比特序列中“1”继续映射为“1”，得到映射比特序列；
S23，将所述映射比特序列与所述信息信号对应的比特相乘，得到所述信息信号的反馈量；
S24，将所述反馈量与所述参考信号相加，对相加结果除以2后得到加入所述反馈量后的参考信号；
S25，对加入所述反馈量后的参考信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子；
S3，对所述估计因子的量值进行相互比较，根据量值最小的估计因子所对应的索引计算得到所述接收信号的到达时间，根据所述接收信号的到达时间计算得到待定位目标的位置。
相较于实施例1，实施例2结合了对接收信号的预处理步骤使得在高、低信噪比环境下均实现了误差的降低；其在本申请提及的算法中性能最佳，误差最低，精确度最高。
具体的，上述步骤中对接收信号的预处理步骤可以单独视为一种用于提升定位精度的TOA定位反馈辅助方法，原理可参阅图10，其可以在低信噪比环境下的定位过程中提高定位的精确度，减少误差；这种TOA定位反馈辅助方法既可以使用在本发明实施例提供的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，也可以运用在现有的最大能量检测定位方法上，且均能显著提升定位的性能。
假设发射机一帧发送5个比特，经过信道和噪声影响会产生误码，如图11所示，第五个比特发生误码，从“0”变成了“1”；经过所述步骤S202把接收机得到的恢复比特序列进行映射，将“0”映射为“-1”，“1”还是“1”，那么图11所示的比特序列就会变成图12的比特序列。
进一步的，所述样本方差Vn,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000101
其中，En,k为在所述步骤S25对加入所述反馈量后的参考信号进行采样过程中检测到的信号能量，n＝0,...,Nt-1,k＝0,...,K-1；Nt＝Nysm·Ns为所述接收信号的码片个数，所述接收信号包括Nysm个符号，各符号分为Ns个比特；K为采样的样本个数；Tint为采样间隔；所述信号能量En,k的表达式如下：
Figure BDA0002977416090000102
其中，rB(t)为加入所述反馈量后的参考信号。
利用matlab进行仿真实验，仿真信道为CM1与CM2信道，脉冲宽度tp＝0.5ns，比特周期tb＝100ns，得到性能对比结果请参阅图13以及14。
其中，横坐标为信噪比，纵坐标为时间误差，实线为无反馈，虚线为反馈，棱形角标的连线为现有的最大能量检测定位方法的结果，三角形角标的连线为本发明基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法的结果，由仿真图可以得出结论，在室内环境下，无论是视距可达信道CM1还是非视距可达信道CM2，加入实施例2的反馈信号后，两种定位方法法在低信噪比都得到了性能的改善，且加入反馈的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法性能最优。
实施例3
一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位系统，请参阅图15，包括：接收信号获取模块1、估计因子获取模块2以及定位计算模块3，所述估计因子获取模块2分别连接所述接收信号获取模块1以及定位计算模块3；其中：
所述接收信号获取模块1用于获取接收信号；所述接收信号为待定位目标发射的超带宽通信信号，由参考信号以及信息信号组成；
所述估计因子获取模块2用于对所述接收信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子；
所述定位计算模块3用于对所述估计因子的量值进行相互比较，根据量值最小的估计因子所对应的索引计算得到所述接收信号的到达时间，根据所述接收信号的到达时间计算得到待定位目标的位置。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取接收信号；所述接收信号为待定位目标发射的超带宽通信信号；
S2，对所述接收信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子；
S3，对所述估计因子的量值进行相互比较，根据量值最小的估计因子所对应的索引计算得到所述接收信号的到达时间，根据所述接收信号的到达时间计算得到待定位目标的位置；
在所述步骤S3中通过以下公式计算得到所述接收信号的到达时间
Figure FDA0003208040800000011
Figure FDA0003208040800000012
其中，kmin为量值最小的估计因子所对应的索引，Tint为采样间隔。
2.根据权利要求1所述的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，所述接收信号采用混沌差分移位键控调制，由参考信号以及信息信号组成。
3.根据权利要求2所述的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，所述样本方差Vn,k的表达式如下：
Figure FDA0003208040800000013
其中，En,k为在所述步骤S2对所述参考信号进行采样过程中检测到的信号能量，n＝0,...,Nt-1,k＝0,...,K-1；Nt＝Nysm·Ns为所述参考信号的码片个数，所述参考信号包括Nysm个符号，各符号分为Ns个比特；K为采样的样本个数。
4.根据权利要求3所述的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，所述信号能量En,k的表达式如下：
Figure FDA0003208040800000014
其中，ref(t)为参考信号。
5.根据权利要求2所述的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，包括以下步骤：
S21，对所述接收信号进行解调和判决，得到恢复比特序列；
S22，对所述恢复比特序列进行映射：将所述恢复比特序列中的“0”映射为“-1”，将所述恢复比特序列中“1”继续映射为“1”，得到映射比特序列；
S23，将所述映射比特序列与所述信息信号对应的比特相乘，得到所述信息信号的反馈量；
S24，将所述反馈量与所述参考信号相加，对相加结果除以2后得到加入所述反馈量后的参考信号；
S25，对加入所述反馈量后的参考信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子。
6.根据权利要求5所述的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，所述样本方差Vn,k的表达式如下：
Figure FDA0003208040800000021
其中，En,k为在所述步骤S25对加入所述反馈量后的参考信号进行采样过程中检测到的信号能量，n＝0,...,Nt-1,k＝0,...,K-1；Nt＝Nysm·Ns为所述接收信号的码片个数，所述接收信号包括Nysm个符号，各符号分为Ns个比特；K为采样的样本个数。
7.根据权利要求6所述的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，所述信号能量En,k的表达式如下：
Figure FDA0003208040800000022
其中，rB(t)为加入所述反馈量后的参考信号。
8.根据权利要求1至7任一项所述的基于超带宽通信的TOA方差检测定位方法，其特征在于，在所述步骤S3中通过以下公式计算待定位目标的位置：
Figure FDA0003208040800000031
其中，(x,y)为待定位目标的位置，(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)为已知定位接收端的位置，t1,t2,t3为所述接收信号在各接收端的到达时间。
9.一种基于超带宽通信的TOA方差检测定位系统，其特征在于，包括：接收信号获取模块(1)、估计因子获取模块(2)以及定位计算模块(3)，所述估计因子获取模块(2)分别连接所述接收信号获取模块(1)以及定位计算模块(3)；其中：
所述接收信号获取模块(1)用于获取接收信号；所述接收信号为待定位目标发射的超带宽通信信号；
所述估计因子获取模块(2)用于对所述接收信号进行采样得到样本方差，将所述样本方差转换为矩阵，对所述矩阵进行列取均值处理得到估计因子；
所述定位计算模块(3)用于对所述估计因子的量值进行相互比较，根据量值最小的估计因子所对应的索引计算得到所述接收信号的到达时间，根据所述接收信号的到达时间计算得到待定位目标的位置；
在所述定位计算模块(3)中通过以下公式计算得到所述接收信号的到达时间
Figure FDA0003208040800000032
Figure FDA0003208040800000033
其中，kmin为量值最小的估计因子所对应的索引，Tint为采样间隔。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1592434A (zh) * 2003-09-04 2005-03-09 华为技术有限公司 一种估计到达时间附加时延误差的方法
CN101944926A (zh) * 2010-08-24 2011-01-12 哈尔滨工业大学深圳研究生院 基于压缩采样的脉冲超宽带信号到达时间估计方法
CN102377452A (zh) * 2011-08-16 2012-03-14 中国科学技术大学 高速取样有限精度量化脉冲超宽带信号到达时间估计方法
CN103931249A (zh) * 2011-11-08 2014-07-16 英特尔公司 确定无线通信信号的到达时间的方法、设备和系统
CN111263321A (zh) * 2019-12-16 2020-06-09 重庆邮电大学 一种提高toa室内超宽带定位精度的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6889052B2 (en) * 2002-08-30 2005-05-03 Motorola, Inc. Method and apparatus for generating time of arrival estimates for use in determining a location
US7969311B2 (en) * 2005-12-15 2011-06-28 Invisitrack, Inc. Multi-path mitigation in rangefinding and tracking objects using reduced attenuation RF technology
CN106131949B (zh) * 2016-06-02 2020-05-19 上海物联网有限公司 一种基于能量均值检测的到达时间估计方法
CN108882147A (zh) * 2018-06-13 2018-11-23 桂林电子科技大学 一种基于超宽带定位技术的无线定位系统及快速传动方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1592434A (zh) * 2003-09-04 2005-03-09 华为技术有限公司 一种估计到达时间附加时延误差的方法
CN101944926A (zh) * 2010-08-24 2011-01-12 哈尔滨工业大学深圳研究生院 基于压缩采样的脉冲超宽带信号到达时间估计方法
CN102377452A (zh) * 2011-08-16 2012-03-14 中国科学技术大学 高速取样有限精度量化脉冲超宽带信号到达时间估计方法
CN103931249A (zh) * 2011-11-08 2014-07-16 英特尔公司 确定无线通信信号的到达时间的方法、设备和系统
CN111263321A (zh) * 2019-12-16 2020-06-09 重庆邮电大学 一种提高toa室内超宽带定位精度的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Model Ensemble Approach for Sound Event Localization and Detection;Qing Wang etc.;《 2021 12th International Symposium on Chinese Spoken Language Processing (ISCSLP)》;20210301;全文 *
一种简单的UWB-TOA估计方法;熊海良等;《西安电子科技大学学报》;20100820;全文 *

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