CN114660540B - 一种脉冲到达时间区域max检测系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲到达时间区域MAX检测系统及检测方法，系统包括初始MAX选择模块、MAX搬移模块、阈值计算模块、MAX搜索模块、MAX评分模块和TIMESTAMP MAX选择模块。检测方法如下：通过选定初始候选MAX位置，并将初始候选MAX位置搬移至指定位置，通过阈值计算模块计算MAX的判定阈值，通过MAX搜索模块找到脉冲幅值最大的位置作为初始候选MAX，MAX搜索模块从初始候选MAX位置开始向前搜索，搜索到评分最大的候选MAX再与初始候选MAX的评分进行比较，得到最终的MAX。使得定位精度在米级以上的误差得以消除，从而使整体定位精度和可靠性大大提高。

Description

一种脉冲到达时间区域MAX检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及脉冲测距技术领域，尤其是涉及一种脉冲到达时间区域MAX检测系统及检测方法。
背景技术
基于位置的服务LBS已经给人类生活带来了巨大变化，但是目前仍有技术上的瓶颈，这些瓶颈主要在于室内定位。UWB技术是一种无载波通信技术,利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。最初UWB主要应用于军事雷达，由于其在抗干扰等方面的优势，非常适合于室内高精度定位场景，近些年，尤其是苹果推出了基于UWB的AirTag后，UWB技术在全世界的发展非常迅速，不久的将来很有可能成为手机中的标配，Deca公司2013年推出了DW系列UWB定位芯片，使得基于UWB设备的定位技术研究变得便利。
UWB定位在应用层面主要是TWR算法以及芯片层面的前沿检测类算法，总体上，算法的定位精度非常高，普通环境下通常能达到10cm左右的精度。但是，由于脉冲信号在传播中会受到反射、折射以及干扰，信号在这种相对恶劣的环境下，算法的稳定性普遍存在问题，可能会导致几米甚至上百米的误差，个别情况下，这种误差频繁出现，即便在测距的两端设备在视距可见的情况下也会如此。这是目前UWB定位技术中的一个严重问题。由于信号反射、折射以及干扰，脉冲信号从发射端到达接收端后，在接收端会形成不止一个明显的局部MAX区域，真实的信号达到TIMESTAMP就位于该局部MAX区域内，并在MAX之前，通常位于该MAX附近。一旦MAX区域选择错误，将造成较大误差，通常超过米级，有时可能会超过100米，市面已商用的定位芯片及其算法普遍存在这类问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲到达时间区域MAX检测系统及检测方法，使得定位精度在米级以上的误差得以消除，从而使整体定位精度和可靠性大大提高。
为实现上述目的，本发明提供了一种脉冲到达时间区域MAX检测系统，包括
初始MAX选择模块，用于选定初始候选MAX位置；
MAX搬移模块，用于将初始候选MAX位置搬移至指定位置；
阈值计算模块，用于计算MAX判定阈值；
MAX搜索模块，用于搜索符合阈值条件的候选MAX；
MAX评分模块，用于对初始候选MAX和所有的候选MAX进行评分；
TIMESTAMP MAX选择模块，用于对初始候选MAX和所有的候选MAX评分进行比较选择最终MAX。
2、一种脉冲到达时间区域MAX检测系统的检测方法，具体步骤如下：
步骤S1：通过初始MAX选择模块选定初始候选MAX位置，并将初始候选MAX位置通过MAX搬移模块搬移至指定位置；
步骤S2：通过阈值计算模块计算MAX的判定阈值；
步骤S3：通过MAX搜索模块找到脉冲幅值最大的位置作为初始候选MAX；
步骤S4：MAX搜索模块从初始候选MAX位置开始向前搜索，通过MAX评分模块对初始候选MAX进行评分；
步骤S5：当局部的MAX符合阈值条件则记为一个新的候选MAX，通过MAX评分模块对新的候选MAX进行评分；
步骤S6：通过TIMESTAMP MAX选择模块对初始候选MAX和新的候选MAX评分进行比较，将评分值大的MAX作为初始候选MAX；
步骤S7：判断搜索是否结束，如果未结束，则继续搜索且重复步骤S5-步骤S6，如果搜索结束，得到最终的MAX。
进一步的，在步骤S4和步骤S5中，MAX评分模块采用评分函数进行评分，评分函数公式如下：
Figure BDA0003556602560000031
其中，x为局部最大值与全局最大值比值，y为局部最大值与全局最大值的距离，单位为纳秒，a，ki，n均为固定系数。
因此，本发明采用上述一种脉冲到达时间区域MAX检测系统及检测方法，可以排除由于反射信号、噪声干扰等造成的假的TIMESTAMP区域，从而找到真实的TIMESTAMP区域，使得定位精度在米级以上的误差得以消除，从而使整体定位精度和可靠性大大提高。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种脉冲到达时间区域MAX检测系统结构示意图；
图2为本发明一种脉冲到达时间区域MAX检测方法流程图。
具体实施方式
实施例
图1为本发明一种脉冲到达时间区域MAX检测系统结构示意图，如图所示，一种脉冲到达时间区域MAX检测系统，包括
初始MAX选择模块，用于选定初始候选MAX位置；
MAX搬移模块，用于将初始候选MAX位置搬移至指定位置；
阈值计算模块，用于计算MAX判定阈值；
MAX搜索模块，用于搜索符合阈值条件的候选MAX；
MAX评分模块，用于对初始候选MAX和所有的候选MAX进行评分；
TIMESTAMP MAX选择模块，用于对初始候选MAX和所有的候选MAX评分进行比较选择最终MAX。
上述系统可以通过硬件芯片或定位芯片本身或者上层应用层实现。
图2为本发明一种脉冲到达时间区域MAX检测方法流程图，如图所示，一种基于脉冲到达时间区域MAX检测系统的检测方法，具体步骤如下：
步骤S1：通过初始MAX选择模块选定初始候选MAX位置，在信号接收过程中，通过对已知信号进行相关操作，选择最大值点作为初始候选MAX位置。并将初始候选MAX位置通过MAX搬移模块搬移至指定位置，便于后期计算。
步骤S2：通过阈值计算模块计算MAX的判定阈值，判定阈值的计算根据噪音标准差和最大信号强度进行计算，计算公式如下：
T＝MAX(k*STD,S/N)，
其中T为判定阈值，k，N为固定系数，STD为噪音标准差，S为最大信号强度。
步骤S3：通过MAX搜索模块找到脉冲幅值最大的位置作为初始候选MAX。
步骤S4：MAX搜索模块从初始候选MAX位置开始向前搜索，通过MAX评分模块对初始候选MAX进行评分。
MAX评分模块采用评分函数进行评分，评分函数公式如下：
Figure BDA0003556602560000041
其中，x为局部最大值与全局最大值的比值，y为局部最大值与全局最大值的距离，单位为纳秒，a，ki，n均为固定系数。
步骤S5：当局部的MAX符合阈值条件则记为一个新的候选MAX，通过MAX评分模块对新的候选MAX进行评分，评分原理与步骤S4相同。
步骤S6：通过TIMESTAMP MAX选择模块对初始候选MAX和新的候选MAX评分进行比较，将评分值大的MAX作为初始候选MAX；
步骤S7：判断搜索是否结束，如果未结束，则继续搜索且重复步骤S5-步骤S6，如果搜索结束，得到最终的MAX。
评分值越大，则局部MAX附近为真实TIMESTAMP的可能性越大，如果新的局部MAX的评分函数值大于候选MAX的评分函数值，则新的局部MAX替换作为新的候选MAX，最后再与初始的MAX进行比较，并最终找到真实TIMESTAMP所在的区域MAX。
实测的效果，在相对恶劣的环境下，制造出容易使现有UWB定位系统容易出现大误差的场景，然后通过该发明的上述方法，重新精确定位脉冲信号到达时间，使得最终测距结果大误差情况消除，达到UWB合理的误差范围内。
因此，本发明采用上述一种脉冲到达时间区域MAX检测系统及检测方法，可以排除由于反射信号、噪声干扰等造成的假的TIMESTAMP区域，从而找到真实的TIMESTAMP区域，使得定位精度在米级以上的误差得以消除，从而使整体定位精度和可靠性大大提高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种脉冲到达时间区域MAX检测系统，其特征在于：包括
初始MAX选择模块，用于选定初始候选MAX位置；
MAX搬移模块，用于将初始候选MAX位置搬移至指定位置；
步骤S1：通过初始MAX选择模块选定初始候选MAX位置，并将初始候选MAX位置通过MAX搬移模块搬移至指定位置；阈值计算模块，用于计算MAX判定阈值；
步骤S2：通过阈值计算模块计算MAX的判定阈值；MAX搜索模块，用于搜索符合阈值条件的候选MAX；
步骤S3：通过MAX搜索模块找到脉冲幅值最大的位置作为初始候选MAX；MAX评分模块，用于对初始候选MAX和所有的候选MAX进行评分；
步骤S4：MAX搜索模块从初始候选MAX位置开始向前搜索，通过MAX评分模块对初始候选MAX进行评分；
步骤S5：当局部的MAX符合阈值条件则记为一个新的候选MAX，通过MAX评分模块对新的候选MAX进行评分；
TIMESTAMP MAX选择模块，用于对初始候选MAX和所有的候选MAX评分进行比较选择最终MAX；
步骤S6：通过TIMESTAMP MAX选择模块对初始候选MAX和新的候选MAX评分进行比较，将评分值大的MAX作为初始候选MAX；
步骤S7：判断搜索是否结束，如果未结束，则继续搜索且重复步骤S5-步骤S6，如果搜索结束，得到最终的MAX。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲到达时间区域MAX检测系统，其特征在于：在步骤S4和步骤S5中，MAX评分模块采用评分函数进行评分，评分函数公式如下：
Figure FDA0003832459730000011
其中，x为局部值脉冲冲激响应幅值最大值与全局值脉冲冲激响应幅值最大值比值，y为局部值脉冲冲激响应幅值最大值与全局值脉冲冲激响应幅值最大值的时间差，单位为纳秒，a，ki，n均为固定系数。
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