CN114845380B - 一种无线定位时间同步方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种无线定位时间同步方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种无线定位时间同步方法、装置、设备及存储介质，涉及无线测量技术领域，包括：对发送端发送的目标发射信号进行处理并将其变换到频域得到频域信号；利用本地导频符号序列和频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计；利用基于整数符号估计结果和目标导频符号序列构的建延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，再利用整数符号估计结果和小数符号估计结果进行时间同步。本申请通过优化后的导频符号序列，不仅能够对整数符号到达时间进行估计，还能对小数符号到达时间进行估计，从而实现了高精度的信号到达时间估计，并使系统同时满足定位和授时的应用需求。

Description

一种无线定位时间同步方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及无线测量技术领域，特别涉及一种无线定位时间同步方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
准确测量节点之间的距离是实现网络中节点间相对定位的必要条件，根据无线电测距原理可知，距离测量值等于信号到达时间与信号发送时间之差与光速的乘积，信号发送时间可以通过时间戳来标定，信号达到时间则需要通过时间同步方法解析得到。由上可以看出，时间同步问题解决的好坏直接影响了定位的精度，因此，无线电定位系统的核心技术之一就是实现高精度的时间同步。
目前，主流的时间同步方法是直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence SpreadSpectrum）系统，直接序列扩频系统由于具有高带宽、高时间同步的时间分辨率，且用于扩频的伪随机（PN，Pseudorandom Noise）码具有很好的自相关特点，即针对长的PN码片来进行自相关函数计算，而自相关函数存在尖锐的峰值，如果将其峰值作为时间同步的依据，能够获得突出的定时同步性能。因此，北斗、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）等导航定位系统均采用直接序列扩频系统来实现高精度的时间测量，进而完成定位、导航等功能。
然而，目前DSSS技术局限于低速通信系统或者信道环境简单、干净的“类高斯”环境，对广泛应用于航拍、侦察等领域的无人集群系统并不适用。这是由于目前无人集群系统的定位系统和通信系统是独立设计的，上述设计增加了成本并且不利于小型化的集约设计需求，因此，如何实现无人集群系统面临的多径环境下通信和相对定位一体化的需求是本行业目前迫切需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种无线定位时间同步方法、装置、设备及存储介质，能够实现高精度的信号到达时间估计，并使系统同时满足定位和授时的应用需求。其具体方案如下：
第一方面，本申请公开了一种无线定位时间同步方法，应用于接收端，包括：
接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号，并利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号；
对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号；
利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果；
基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，最后利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
可选的，所述无线定位时间同步方法，还包括：
通过所述发送端对待发送的信息比特进行编码和调制，得到信息符号，并对所述信息符号进行直接序列扩频处理，得到数据符号；
将所述数据符号与基于恒包络零自相关序列创建的所述目标导频符号序列进行拼接，并在拼接后的符号序列中添加循环前缀和同步符号序列完成组帧，得到初始发射信号，再将所述初始发射信号经过所述成型滤波器生成所述目标发射信号。
可选的，所述利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步之后，还包括：
利用所述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡；
将所述频域信号中的所述数据符号转化为时域信号，并对所述时域信号进行解调、解扩和译码处理，以便进行数据通信。
可选的，所述利用所述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡，包括：
利用所述目标导频符号序列并基于单载波频域均衡技术对信道进行估计与均衡。
可选的，所述利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果，包括：
对所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列和本地导频符号序列进行循环移位互相关计算，并对相关峰值进行检测，得到相关峰值检测结果；
利用所述相关峰值检测结果对整数符号周期信号到达时间进行估计，得到整数符号估计结果。
可选的，所述基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，包括：
利用所述整数符号估计结果对所述目标导频符号序列进行时钟校正，得到校正后导频符号序列；
利用所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果。
可选的，所述利用所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，包括：
通过所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，并利用所述延时差分模型进行延时自相关计算以实现载波相位估计，得到相位估计结果，再利用所述相位估计结果实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果。
第二方面，本申请公开了一种无线定位时间同步装置，应用于接收端，包括：
信号接收模块，用于接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号；
干扰抑制模块，用于利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号；
信号处理模块，用于对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号；
整数符号估计模块，用于利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果；
小数符号估计模块，用于基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果；
时间同步模块，用于利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
第三方面，本申请公开了一种电子设备，包括处理器和存储器；其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现前述的无线定位时间同步方法。
第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的无线定位时间同步方法。
可见，本申请先接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号，并利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号，然后对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号，再利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果，接着基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，最后利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。本申请优化了用于信道估计的导频序列，即基于恒包络零自相关序列创建导频符号序列，不仅能够对整数符号到达时间进行估计，还能对小数符号到达时间进行估计，从而实现了高精度的信号到达时间估计，并使系统同时满足定位和授时的应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的一种无线定位时间同步方法流程图；
图2为本申请公开的一种具体的无线定位时间同步方法流程图；
图3为本申请公开的一种具体的CAZAC序列的傅里叶变换示意图；
图4为本申请公开的一种具体的基于本地互相关的整数符号周期时间估计示意图；
图5为本申请公开的一种具体的基于延时自相关的小数符号周期时间估计示意图；
图6为本申请公开的一种具体的无线时间同步框架示意图；其中，（a）是发送端，（b）是接收端；
图7为本申请公开的一种无线定位时间同步装置结构示意图；
图8为本申请公开的一种电子设备结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例公开了一种无线定位时间同步方法，应用于接收端，参见图1所示，该方法包括：
步骤S11：接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号，并利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号。
本实施例中，先由发送端对待发送的信号进行相应的处理，然后经过成型滤波器对信号中的码间干扰进行消除并平滑波形，生成目标发射信号，再将生成的上述目标发射信号发送至接收端。接收端在接收到上述发送端发送的上述目标发射信号之后，可以先进行A/D转换（Analog/Digital，即模数转换），然后利用匹配滤波器对上述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号。
需要指出的是，所述发送端和所述接收端包括但不限于应用于航拍、侦察等领域的无人集群系统中的任一无人设备，如无人机、无人车、无人船、无人潜航器、机器人等。
步骤S12：对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号。
本实施例中，接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号，并利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号之后，进一步的，对上述初始接收信号进行时频同步，以实现伪码同步、定时同步和载波频差的估计与补偿，同时在时频同步的基础上完成帧解析得到相应的解析信号，接着将上述解析信号变换到频域，具体可以通过快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）将上述解析信号变换到频域，进而得到频域信号。
步骤S13：利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果。
本实施例中，将所述解析信号变换到频域得到频域信号之后，可以利用接收端的本地导频符号序列和上述频域信号经过傅里叶变换后分离出来的基于恒包络零自相关序列（Const Amplitude Zero Auto-Corelation，CAZAC）创建的目标导频符号序列进行互相关计算来实现整数符号周期信号到达时间估计，得到相应的整数符号估计结果。
步骤S14：基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，最后利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
本实施例中，实现整数符号周期信号到达时间估计得到整数符号估计结果之后，为了进一步的提高信号到达时间的估计，可以基于上述整数符号估计结果和上述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用构建的上述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到相应的小数符号估计结果，最后利用上述整数符号估计结果和上述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步，也即，不仅能够对目标发射信号中的整数符号到达时间进行估计，还能对目标发射信号中的小数符号到达时间进行估计。
进一步的，所述利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步之后，具体还包括：利用所述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡；将所述频域信号中的数据符号转化为时域信号，并对所述时域信号进行解调、解扩和译码处理，以便进行数据通信。本实施例中，在利用上述整数符号估计结果和上述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步之后，即实现了时间测量之后，还可以利用上述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡，接着通过快速傅里叶逆变换（IFFT，InverseFast Fourier Transform）将上述频域信号经过傅里叶变换后分离出的数据符号转化为时域信号，再对上述时域信号进行解调、解扩和译码处理等后续处理，从而实现数据通信。
在一种具体的实施方式中，所述利用所述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡，具体可以包括：利用所述目标导频符号序列并基于单载波频域均衡技术对信道进行估计与均衡。也即，可以利用基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列对信道进行估计并基于单载波频域均衡（Single Carrier Frequency Domain Equalization，SCFDE）技术对信道进行均衡。
可见，本申请实施例先接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号，并利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号，然后对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号，再利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果，接着基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，最后利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。本申请实施例优化了用于信道估计的导频序列，即基于恒包络零自相关序列创建导频符号序列，不仅能够对整数符号到达时间进行估计，还能对小数符号到达时间进行估计，从而实现了高精度的信号到达时间估计，并使系统同时满足定位和授时的应用需求。
本申请实施例公开了一种具体的无线定位时间同步方法，参见图2所示，该方法包括：
步骤S21：通过发送端对待发送的信息比特进行编码和调制，得到信息符号，并对所述信息符号进行直接序列扩频处理，得到数据符号。
本实施例中，先通过发送端对待发送的信息比特进行编码和调制形成信息符号，然后对上述信息符号进行直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）处理，得到相应的数据符号。
步骤S22：将所述数据符号与基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行拼接，并在拼接后的符号序列中添加循环前缀和同步符号序列完成组帧，得到初始发射信号，再将所述初始发射信号经过成型滤波器生成目标发射信号。
本实施例中，对所述信息符号进行直接序列扩频处理得到数据符号之后，进一步的，可以按照特定规律将上述数据符号与用于信道估计的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行拼接，然后在拼接后的符号序列中添加循环前缀（CP，CyclicPrefix）和同步符号序列完成组帧，进而得到初始发射信号，再将上述初始发射信号经过成型滤波器生成目标发射信号，并将生成的上述目标发射信号发送至接收端。
需要指出的是，可以基于恒包络零自相关序列创建目标导频符号序列的具体理由如下：假设
Figure 596321DEST_PATH_IMAGE001
是一个长度为N（N为偶数）的恒包络零自相关序列（即CAZAC序列），则
Figure 969533DEST_PATH_IMAGE002
可表示为：
Figure 99163DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 756278DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 47583DEST_PATH_IMAGE005
是与
Figure 908091DEST_PATH_IMAGE006
互质的正整数。通过图3可以看出，CAZAC序列通过傅里叶变换后仍然为CAZAC序列，可以表示为：
Figure 654461DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 792182DEST_PATH_IMAGE008
表示共轭运算，
Figure 379021DEST_PATH_IMAGE009
是
Figure 602192DEST_PATH_IMAGE010
的以
Figure 978684DEST_PATH_IMAGE011
为周期的数论倒数（number-theoreticreciprocal，即算术倒数）。因此，CAZAC序列具有时频域模值恒定的特征，因而可以用来设计频域均衡系统中信道估计所需的导频序列。
在接收端，会先接收由发送端发送的目标发射信号，然后将目标发射信号变换到频域，具体的可以通过快速傅里叶变换（即FFT）得到，可以表示为：
Figure 49540DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 72859DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 783326DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 166772DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 279084DEST_PATH_IMAGE016
分别表示接收信号、发射信号、信道响应和噪声分量的频域响应，符号“
Figure 207726DEST_PATH_IMAGE017
”表示2个向量的点乘。
进一步可以得到
Figure 405489DEST_PATH_IMAGE018
；
由上可以看出，当导频序列具有模值恒定特征时，信道估计不再需要除法，仅利用乘法和截位操作即可实现，从而可以显著降低实现的复杂度。
步骤S23：接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的所述目标发射信号，并利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号。
步骤S24：对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号。
步骤S25：对所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的所述目标导频符号序列和本地导频符号序列进行循环移位互相关计算，并对相关峰值进行检测，得到相关峰值检测结果。
本实施例中，将所述解析信号变换到频域得到频域信号之后，对上述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的上述目标导频符号序列和本地导频符号序列进行循环移位并进行互相关计算，然后对互相关计算结果中的相关峰值进行检测，得到相关峰值检测结果。
步骤S26：利用所述相关峰值检测结果对整数符号周期信号到达时间进行估计，得到整数符号估计结果。
本实施例中，对所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的所述目标导频符号序列和本地导频符号序列进行循环移位互相关计算，并对相关峰值进行检测得到相关峰值检测结果之后，可以利用所述相关峰值检测结果对整数符号周期信号的到达时间进行估计，得到相应的整数符号估计结果。
本实施例中，可以通过基于CAZAC序列创建的导频符号序列对整数符号周期信号的到达时间进行估计的具体理由如下：
通过表1中定时误差对时域和频域接收信号的影响可以看出，如果在接收端插入循环前缀对信息进行保护，则只需定时误差
Figure 890828DEST_PATH_IMAGE019
（以符号周期为单位）小于循环前缀的长度。
表1
Figure 857647DEST_PATH_IMAGE020
对于用于信道估计的导频符号序列，由于对基于CAZAC序列创建导频符号序列进行傅里叶变换过程中引入了尺度缩放和时间缩放的影响，因此在假设时域存在定时偏差
Figure 946738DEST_PATH_IMAGE019
时，可以将对应的频域CAZAC序列等效为存在
Figure 490852DEST_PATH_IMAGE021
个以
Figure 920827DEST_PATH_IMAGE011
为周期的循环移位偏差。因此，通常取
Figure 742153DEST_PATH_IMAGE022
的CAZAC序列作为导频符号序列。
CAZAC序列具有良好的自相关特性和互相关特性，CAZAC序列的相关性可表示为：
Figure 543756DEST_PATH_IMAGE023
；
其中
Figure 450532DEST_PATH_IMAGE024
表示时刻偏差，
Figure 713892DEST_PATH_IMAGE025
表示序列周期。通过图4可以看出，CAZAC序列具有理想的周期自相关性质，即当序列完全对齐时，则存在尖锐的峰值，当序列存在偏差未对齐时，则相关值接近于0。因此，利用该性质可实现高精度的定时和频偏估计，即通过计算导频符号序列接收信号的频域响应与本地频域的导频符号序列之间的互相关，检测其相关峰值即可实现整数符号周期的估计。
步骤S27：利用所述整数符号估计结果对所述目标导频符号序列进行时钟校正，得到校正后导频符号序列。
本实施例中，利用所述相关峰值检测结果对整数符号周期信号到达时间进行估计得到整数符号估计结果之后，可以利用上述整数符号估计结果对上述目标导频符号序列进行时钟校正，得到校正后导频符号序列。
步骤S28：利用所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，并利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
具体的，利用所述整数符号估计结果对所述目标导频符号序列进行时钟校正得到校正后导频符号序列之后，可以进一步的通过上述校正后导频符号序列构建延时差分模型，然后利用上述延时差分模型进行延时自相关计算，实现载波相位估计，得到相位估计结果，再利用上述相位估计结果实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，最后利用上述整数符号估计结果和上述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
本实施例中，可以通过基于CAZAC序列创建的导频符号序列对小数符号周期信号的到达时间进行估计的具体理由如下：
接收端在接收到目标发射信号之后，经过分离可以得到基于CAZAC序列创建的导频符号序列，导频符号序列的时域表达式可以表示为：
Figure 983199DEST_PATH_IMAGE026
；
对导频符号序列
Figure 565490DEST_PATH_IMAGE027
做傅里叶变换变换可得到频域数据符号，可以表示为：
Figure 834929DEST_PATH_IMAGE028
；
即
Figure 528078DEST_PATH_IMAGE029
；
式中，
Figure 183050DEST_PATH_IMAGE030
表示第
Figure 201822DEST_PATH_IMAGE031
个子载波上的加性高斯白噪声。结合整数符号周期估计，可利用估计得到的整数采样周期信号到达时间对接收信号进行时钟校正，具体可通过相位旋转实现时钟校正，可以表示为：
Figure 457092DEST_PATH_IMAGE032
；
其中，
Figure 953932DEST_PATH_IMAGE033
表示整数符号周期估计值。
接下来，可以利用补偿过整数符号周期时间偏差的导频符号序列来实现小数符号周期偏差
Figure 728990DEST_PATH_IMAGE034
的估计。由于
Figure 466133DEST_PATH_IMAGE035
已知，假定某一子载波数量间隔
Figure 834797DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 463225DEST_PATH_IMAGE036
是正整数，
Figure 76478DEST_PATH_IMAGE036
越小，能够估计定时偏差范围越大，反之亦然。令
Figure 30527DEST_PATH_IMAGE037
；
进而可以得到
Figure 152067DEST_PATH_IMAGE038
；
式中，
Figure 866076DEST_PATH_IMAGE039
是噪声项，
Figure 225513DEST_PATH_IMAGE040
的相位为：
Figure 616043DEST_PATH_IMAGE041
；
式中，
Figure 693721DEST_PATH_IMAGE042
表示取相位运算。通过图5可以看出，信号到达时间的小数符号周期估计，可以表示为：
Figure 907359DEST_PATH_IMAGE043
；
由于已经实现了整数符号周期的估计，不失一般性，
Figure 980357DEST_PATH_IMAGE036
的取值可以为N/2。
由上可以看出，通过基于CAZAC序列创建的导频符号序列，构建差分延时相关模型来实现载波相位估计，可以解决小数采样周期信号到达时间估计问题。
步骤S29：利用所述目标导频符号序列并基于单载波频域均衡技术对信道进行估计与均衡。
步骤S210：将所述频域信号中的数据符号转化为时域信号，并对所述时域信号进行解调、解扩和译码处理，以便进行数据通信。
进一步的，参见图6所示，图6示出了一种具体的无线时间同步框架，包括发送端（a）与接收端（b）。其中，发送端（a）用于接收待发送的信息比特并对其进行处理进而生成发送信号，由信道编码、调制、直接序列扩频、组帧和成型滤波器等单元组成，待发送的信息比特首先经过发送端（a）中的信道编码、调制等模块形成信息符号，然后经过直接序列扩频单元形成高速信息符号，再将用于信道估计的导频符号序列和信息符号按照特定规律进行拼接，并添加循环前缀和同步符号完成组帧，最终经过成型滤波器生成发射信号。接收端（b）用于接收发送端（a）发送的信号并对其进行时间测量和数据通信，由匹配滤波器、时频同步、解帧、信道估计与均衡、IFFT、解扩、信道译码等单元组成，接收信号在完成A/D转换后经过匹配滤波器实现带外干扰抑制，而后经过时频同步模块实现伪码同步、定时同步和载波频差估计与补偿，在此基础上完成帧解析，然后将信号通过快速傅里叶变换变换到频域并利用导频符号序列完成信道估计与均衡，再将数据符号通过快速傅里叶变换逆变换转化为时域信号完成解扩、信道译码等后续处理。另外，接收端（b）在经过傅里叶变换后，先利用分离出来的用于信道估计的导频符号序列与本地导频符号序列进行循环移位相关，然后检测相关峰值实现整数符号周期信号到达时间估计，在此基础上，针对利用估计得到的整数采样周期信号到达时间校正后的导频符号进行延时自相关计算，估计小数符号周期的信号达到时间，从而实现高精度的无线时间同步。
其中，关于上述步骤S23、S24、S29、S210更加具体的处理过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
可见，本申请实施例将单载波频域均衡与直接序列扩频技术进行了结合，实现了通信测量一体化波形，一方面利用单载波频域均衡来克服多径导致的频率选择性衰落带来的影响，从而充分发挥直接序列扩频大的扩频处理增益，使系统具有良好的抗干扰通信能力。另一方面，优化了用于信道估计的导频符号序列，充分利用优选的恒包络零自相关序列性质，通过傅里叶变换变换到频域，并与本地导频符号序列进行循环移位相关，并通过检测相关峰值实现整数符号周期信号到达时间的估计，在此基础上，结合用于信道估计的导频符号序列，构建差分延时相关模型实现载波相位估计，解决了小数符号周期信号到达时间估计问题，最终实现了高精度的信号到达时间估计，使系统同时满足定位授时的应用需求。
相应的，本申请实施例还公开了一种无线定位时间同步装置，应用于接收端，参见图7所示，该装置包括：
信号接收模块11，用于接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号；
干扰抑制模块12，用于利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号；
信号处理模块13，用于对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号；
整数符号估计模块14，用于利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果；
小数符号估计模块15，用于基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果；
时间同步模块16，用于利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
其中，关于上述各个模块的具体工作流程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
可见，本申请实施例中，波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号，然后对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号，再利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果，接着基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，最后利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。本申请实施例优化了用于信道估计的导频序列，即基于恒包络零自相关序列创建导频符号序列，不仅能够对整数符号到达时间进行估计，还能对小数符号到达时间进行估计，从而实现了高精度的信号到达时间估计，并使系统同时满足定位和授时的应用需求。
在一些具体实施例中，所述无线定位时间同步装置，还可以包括：
信息处理单元，用于通过所述发送端对待发送的信息比特进行编码和调制，得到信息符号，并对所述信息符号进行直接序列扩频处理，得到数据符号；
发射信号生成单元，用于将所述数据符号与基于恒包络零自相关序列创建的所述目标导频符号序列进行拼接，并在拼接后的符号序列中添加循环前缀和同步符号序列完成组帧，得到初始发射信号，再将所述初始发射信号经过所述成型滤波器生成所述目标发射信号。
在一些具体实施例中，所述时间同步模块16之后，还可以包括：
第一信道估计与均衡单元，用于利用所述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡；
信号处理单元，用于将所述频域信号中的所述数据符号转化为时域信号，并对所述时域信号进行解调、解扩和译码处理，以便进行数据通信。
在一些具体实施例中，所述第一信道估计与均衡单元，具体可以包括：
第二信道估计与均衡单元，用于利用所述目标导频符号序列并基于单载波频域均衡技术对信道进行估计与均衡。
在一些具体实施例中，所述整数符号估计模块14，具体可以包括：
互相关计算单元，用于对所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列和本地导频符号序列进行循环移位互相关计算；
峰值检测单元，用于对相关峰值进行检测，得到相关峰值检测结果；
整数符号估计单元，用于利用所述相关峰值检测结果对整数符号周期信号到达时间进行估计，得到整数符号估计结果。
在一些具体实施例中，所述小数符号估计模块15，具体可以包括：
时钟校正单元，用于利用所述整数符号估计结果对所述目标导频符号序列进行时钟校正，得到校正后导频符号序列；
第一小数符号估计单元，用于利用所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果。
在一些具体实施例中，所述第一小数符号估计单元，具体可以包括：
模型构建单元，用于通过所述校正后导频符号序列构建延时差分模型；
自相关计算单元，用于利用所述延时差分模型进行延时自相关计算以实现载波相位估计，得到相位估计结果；
第二小数符号估计单元，用于利用所述相位估计结果实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果。
进一步的，本申请实施例还公开了一种电子设备，图8是根据一示例性实施例示出的电子设备20结构图，图中的内容不能认为是对本申请的使用范围的任何限制。
图8为本申请实施例提供的一种电子设备20的结构示意图。该电子设备20，具体可以包括：至少一个处理器21、至少一个存储器22、电源23、通信接口24、输入输出接口25和通信总线26。其中，所述存储器22用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器21加载并执行，以实现前述任一实施例公开的无线定位时间同步方法中的相关步骤。另外，本实施例中的电子设备20具体可以为电子计算机。
本实施例中，电源23用于为电子设备20上的各硬件设备提供工作电压；通信接口24能够为电子设备20创建与外界设备之间的数据传输通道，其所遵循的通信协议是能够适用于本申请技术方案的任意通信协议，在此不对其进行具体限定；输入输出接口25，用于获取外界输入数据或向外界输出数据，其具体的接口类型可以根据具体应用需要进行选取，在此不进行具体限定。
另外，存储器22作为资源存储的载体，可以是只读存储器、随机存储器、磁盘或者光盘等，其上所存储的资源可以包括操作系统221、计算机程序222等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。
其中，操作系统221用于管理与控制电子设备20上的各硬件设备以及计算机程序222，其可以是Windows Server、Netware、Unix、Linux等。计算机程序222除了包括能够用于完成前述任一实施例公开的由电子设备20执行的无线定位时间同步方法的计算机程序之外，还可以进一步包括能够用于完成其他特定工作的计算机程序。
进一步的，本申请还公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的无线定位时间同步方法。关于该方法的具体步骤可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种无线定位时间同步方法、装置、设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种无线定位时间同步方法，其特征在于，应用于接收端，包括：
接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号，并利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号；
对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号；
利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果；
基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，最后利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
2.根据权利要求1所述的无线定位时间同步方法，其特征在于，还包括：
通过所述发送端对待发送的信息比特进行编码和调制，得到信息符号，并对所述信息符号进行直接序列扩频处理，得到数据符号；
将所述数据符号与基于恒包络零自相关序列创建的所述目标导频符号序列进行拼接，并在拼接后的符号序列中添加循环前缀和同步符号序列完成组帧，得到初始发射信号，再将所述初始发射信号经过所述成型滤波器生成所述目标发射信号。
3.根据权利要求2所述的无线定位时间同步方法，其特征在于，所述利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步之后，还包括：
利用所述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡；
将所述频域信号中的所述数据符号转化为时域信号，并对所述时域信号进行解调、解扩和译码处理，以便进行数据通信。
4.根据权利要求3所述的无线定位时间同步方法，其特征在于，所述利用所述目标导频符号序列对信道进行估计与均衡，包括：
利用所述目标导频符号序列并基于单载波频域均衡技术对信道进行估计与均衡。
5.根据权利要求1所述的无线定位时间同步方法，其特征在于，所述利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果，包括：
对所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列和本地导频符号序列进行循环移位互相关计算，并对相关峰值进行检测，得到相关峰值检测结果；
利用所述相关峰值检测结果对整数符号周期信号到达时间进行估计，得到整数符号估计结果。
6.根据权利要求1至5任一项所述的无线定位时间同步方法，其特征在于，所述基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，包括：
利用所述整数符号估计结果对所述目标导频符号序列进行时钟校正，得到校正后导频符号序列；
利用所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果。
7.根据权利要求6所述的无线定位时间同步方法，其特征在于，所述利用所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果，包括：
通过所述校正后导频符号序列构建延时差分模型，并利用所述延时差分模型进行延时自相关计算以实现载波相位估计，得到相位估计结果，再利用所述相位估计结果实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果。
8.一种无线定位时间同步装置，其特征在于，应用于接收端，包括：
信号接收模块，用于接收发送端经过成型滤波器后生成并发送的目标发射信号；
干扰抑制模块，用于利用匹配滤波器对所述目标发射信号中的带外干扰进行抑制，得到初始接收信号；
信号处理模块，用于对所述初始接收信号进行时频同步与帧解析，得到解析信号，并将所述解析信号变换到频域，得到频域信号；
整数符号估计模块，用于利用本地导频符号序列和所述频域信号中的基于恒包络零自相关序列创建的目标导频符号序列进行互相关以实现整数符号周期信号到达时间估计，得到整数符号估计结果；
小数符号估计模块，用于基于所述整数符号估计结果和所述目标导频符号序列构建延时差分模型，然后利用所述延时差分模型实现小数符号周期信号到达时间估计，得到小数符号估计结果；
时间同步模块，用于利用所述整数符号估计结果和所述小数符号估计结果对所述目标发射信号进行时间同步。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的无线定位时间同步方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的无线定位时间同步方法。
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