CN1592434A - 一种估计到达时间附加时延误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种估计TOA附加时延误差的方法，包括：a)确定获取定位信号功率时延分布所需的参数，并根据所确定的参数对定位信号进行搜索，获取定位信号的功率时延分布；b)确定每个功率时延分布的径检测门限，并根据门限值分别在相应的功率时延分布上进行径判决，获得径的位置；c)确定首径峰值点后的若干个码片宽度作为用于NLOS误差估计的统计窗的窗口宽度；d)根据每条径的位置，获取统计窗内每条用于NLOS误差估计的径的时间参考点；获得每条径的时间参考点后，利用多条径相对其时间参考点的TOA附加时延误差的分布规律，估计TOA附加时延误差的均值。该方法在保证获得NLOS误差的同时，能提高TOA附加时延误差的估计精度，且具有良好的实时性和实用性。

Description

一种估计到达时间附加时延误差的方法

技术领域

本发明涉及误差估计技术，特别是指一种在非可视信道(NLOS)下估计到达时间(TOA)附加时延误差的方法。

背景技术

在蜂窝移动台定位系统或全球定位系统(GPS)中，由于地面建筑的遮挡或地形的起伏，信号的NLOS传播成为一种普遍现象。这种由非可视传播信道(路径)引入的NLOS误差，即相对于LOS传播路径的相对时延，会导致位置估计精度显著降低，使得蜂窝移动台定位系统或GPS定位系统在NLOS环境下无法或难以达到通信委员会(FCC)规定的定位精度要求。这里，NLOS误差就是NLOS信道下的TOA附加时延误差。因此，NLOS误差抑制是保证蜂窝移动台定位系统或GPS定位系统定位精度的关键，而抑制NLOS误差的前提是：首先要得到NLOS误差，即：估计出NLOS误差的均值和方差。

具体来说，能有效抑制NLOS传播误差的技术途径是：在获取NLOS误差的均值和方差后，先使用NLOS误差的均值把非负的NLOS误差矫正为零均值的随机变量；然后，在NLOS误差均值为零的情况下，使用NLOS误差的方差构造加权最小二乘估计中的加权矩阵，来初步抑制NLOS误差对位置估计的影响；最后再根据矫正后的NLOS误差的零均值特性，通过对位置估计结果的多次平均，进一步抑制NLOS误差。上述过程表明，实时获取NLOS误差的均值和方差是实现NLOS误差抑制的一个重要的基础环节。

一篇专利号为US 5,974,329、专利名称为“移动定位估计的方法及系统”(Method and System for Mobile Location Estimation)的美国专利中涉及到NLOS误差的均值和方差估计。该专利所公开的获取NLOS误差均值和方差的方法为：在进行NLOS矫正之前，首先从可视信道(LOS)条件下进行的到达时间(TOA，Time-Of-Arrival)测量中获取系统TOA测量误差的偏移量δ_LOS，该δ_LOS不包含NLOS误差。在此基础上，第一步，通过在一段时间内，如几分钟，对一个处于运动状态下的蜂窝移动台连续地进行TOA测量，来获取一组包含NLOS误差的TOA测量值；第二步，对第一步得到的一组TOA测量值进行平滑处理，得到一个平滑后的随测量时刻变化的TOA曲线；第三步，把平滑后的TOA曲线向下移动到实际测量获取的TOA曲线，即平滑前曲线的最大偏移点；第四步，将平滑后的TOA曲线向上移动δ_LOS。在第四步完成后，平滑后的TOA曲线就是移动台与基站真实距离的估计值，此时，平滑后的TOA曲线与该曲线最初位置，即第二步完成后的位置之间的偏移量就是NLOS误差均值的估计值。在获取了NLOS误差均值的估计值的基础上，结合第一步得到的TOA测量值，就可以计算出NLOS误差的方差。

上述编号为US 5,974,329的美国专利所揭示的、获取NLOS误差均值和方差的方法存在以下的缺陷：1)要获取NLOS误差的均值，在进行TOA测量的过程中，移动台和基站之间需要出现LOS状态，这在实际系统中是无法保证的；2)为了获取较为准确的TOA平滑曲线，进而获取较为准确的NLOS误差均值和方差，就需要对移动台进行多次TOA测量，比如：在几分钟之内对移动台进行跟踪测量，这使所获取的NLOS误差的均值和方差不具备实时性；3)上述获取NLOS误差均值和方差的方法，对于处于静止状态的移动台是无效的。

在GPS或辅助全球定位系统(A-GPS)中，为了提高GPS接收机在NLOS环境下的定位精度，美国专利US 6313786B1给出了一种环境数据采集的方法，该方法对GPS或A-GPS接收机所处环境进行识别，并对NLOS误差的大小进行估计。该方法的具体实现过程是：

第一步，对GPS或A-GPS接收机可能处于的环境进行细分：划分为室内、室外两大类，室外环境又划分为郊区、市区、无遮挡的开阔区域等子类，市区又根据建筑的高度和密集程度进一步细分为若干小类。第二步，确定一组卫星信号的特征参数，也可称为环境数据作为GPS接收机所处环境的识别数据，这些卫星信号特征参数也用于对多径引入的TOA附加时延误差的估计。这些特征参数包括：相关主峰的码字相位，在相关主峰附近1/N码片处的一组码字相位；相关主峰的宽度，如在1/2峰值幅度处计算的峰值宽度；多普勒频率；接收到的卫星信号的信噪比(SNR)；信干比(SIR)；相干累加时间；卫星信号的接收仰角、方位角等等。第三步，对接收到的卫星信号中包含的由多径引入的TOA附加时延误差(BIAS)的范围，也就是TOA附加时延误差的最大值进行估计，以确定需要剔除或需要矫正的卫星信号。

其中，估计TOA附加时延误差最大值的方法是：利用最小二乘法估计单个卫星信号的BIAS最大值；估计TOA附加时延误差具体值的方法有两种：1)将主相关峰的宽度作为TOA附加时延误差的估计值。2)使用功率时延分布，也就是相关函数(Correlation Function)上任何一个径的位置或说时延，作为TOA附加时延误差的估计值，如：使用首径，即第一个可检测的相关峰进行误差估计；或者使用功率时延分布上的任何拐点(Inclination Point)进行TOA附加时延误差估计。

上述估计TOA附加时延误差具体值的方案中，利用主相关峰的宽度作为TOA附加时延误差的估计值存在以下缺陷：该方法从原理上讲只能估计距离分辨单元内，如一个码片宽度内包含的各个子径引起的相关主峰的滞后量，也就是首径质心的后移量，无法估计出由绕射路径或反射路径引入的首径的滞后量，因此，对于绕射路程或反射路程较大的准LOS信道和NLOS信道，这种以相关主峰宽度作为TOA附加时延误差估计量的方法的估计性能无法保障。而使用功率时延分布上任何一个相关峰或拐点的位置作为TOA附加时延误差估计值的方法的存在以下缺陷：直接按专利中描述的使用任何一个相关峰或拐点来构造TOA附加时延误差的估计量，无法保证估计量的估计精度，只有综合利用一个功率时延分布上的多个相关峰或拐点，才能构造出合理的TOA附加时延误差估计量，但专利US 6313786B1中并未给出综合利用一个功率时延分布上的多个相关峰或拐点来构造TOA附加时延误差估计量的具体方案。

本申请人也曾提出发明名称为“一种非可视路径时延误差的均值和方差的获取方法”的专利申请，该专利申请所给出的TOA附加时延误差估计方法利用的原理是：在NLOS信道环境下、在特定的相对时延(即TOA附加时延)误差范围内，多径在相对时延上表现出等概率出现的特性，这就决定了具有这种等出现概率的多径信号经过数字接收机的多径搜索单元后，输出的功率时延分布中各个可分辨径近似为独立同分布的连续型随机变量。

根据功率时延分布中各个可分辨径近似为独立同分布的特点，把功率时延分布上径的判决过程看作N重贝努利试验，导出离散时间系统中TOA测量中的NLOS误差服从几何分布，利用几何分布与指数分布的关系，可以直接得出TOA测量误差中NLOS误差的概率密度函数的连续形式为指数分布。按照N重贝努利试验的原理，在以检测到的首径为起始点至首径之后N个码片为结束点的统计窗内统计径的发生概率，这里所述的发生是将超过某个检测门限定义为发生。在发生概率的基础上计算出指数分布的分布参数，进而在几何分布或指数分布分布参数的基础上，获取TOA附加时延误差的均值和方差。

上述专利申请的缺点是：宽度为N的分布参数统计窗内径的出现个数n是有限的，由n个径统计出的TOA附加时延误差分布参数的精度不高，从而导致对TOA附加时延误差均值和方差的估计精度不高。在分布参数统计窗宽度N受限的前提下，只有对宽带系统才可以产生好的效果，对带宽在10M以内的系统，如GPS系统和第三代移动通信系统，很难达到满足实际应用要求的误差估计精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种估计TOA附加时延误差的方法，在保证获得NLOS误差的同时，能提高TOA附加时延误差的估计精度，且具有良好的实时性和实用性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种估计到达时间附加时延误差的方法，包括以下步骤：

a.确定获取定位信号功率时延分布所需的参数，并根据所确定的参数对定位信号进行搜索，获取定位信号的功率时延分布；

b.确定步骤a所获得的每个功率时延分布的径检测门限，并根据所确定的门限值分别在相应的功率时延分布上进行径判决，获得一条以上径的位置；

c.确定步骤b中所获得的首径峰值点后的一个或一个以上码片宽度作为用于非可视信道NLOS误差估计的统计窗的窗口宽度；

d.根据步骤b中所获得的每条径的位置，获取步骤c中确定的统计窗内每条用于NLOS误差估计的径的时间参考点；

e.获得步骤c所确定统计窗内除首径外每条径的时间参考点后，利用一条以上径相对其时间参考点的到达时间TOA附加时延误差的分布规律，估计TOA附加时延误差的均值。

该方法还进一步包括：根据步骤e所获得的TOA附加时延误差的均值，以及TOA附加时延误差均值和TOA附加时延误差方差间的关系，估计出TOA附加时延误差的方差。所述估计TOA附加时延误差方差进一步包括：先利用TOA附加时延误差均值和方差的关系，得到TOA附加时延误差均值的方差，再根据统计理论中平均处理前后随机变量方差间的倍数关系，计算出TOA附加时延误差的方差。其中，所述TOA附加时延误差均值和方差之间的关系由TOA附加时延误差均值的分布形式来确定。所述分布形式为指数分布，或为伽玛分布。

步骤a中所述的所需参数至少包括：需要同时采集其功率时延分布的伪随机码的个数；需要采集的同一种功率时延分布的个数；对每种功率时延分布的采集频率；多径搜索的搜索窗宽度；采集功率时延分布时采用的相干长度；以及非相干累加次数。

步骤a中所述的定位信号为蜂窝移动台接收机的输出；或为全球定位系统GPS或辅助全球定位系统A-GPS接收机的输出。所述定位信号为取自接收机的基带信号；或为取自接收机的中频信号。

所述步骤b具体包括：

b1.从步骤a所获得的功率时延分布上提取背景噪声，并估计出所提取的背景噪声的均值和标准差，获得背景噪声的分布形式；

b2.根据步骤b1所获得的背景噪声的分布形式以及预先确定的特定检测概率，确定每个功率时延分布最终的径检测门限；

b3.根据每个功率时延分布对应的径检测门限，在相应的功率时延分布上对峰值点进行检测，确定功率时延分布上大于径检测门限的峰值点的位置为径的位置。

上述方案中，检测出径的位置后，步骤b进一步包括：对获得径位置的一条以上的径进行内插处理。

步骤c所述的窗口宽度大于等于一个码片宽度，且小于等于十个码片宽度。

步骤d中时间参考点的获得具体包括：

先判断要获得时间参考点的当前径前面的凹点与该凹点前面的径的峰值点之间的时间间隔是否小于等于一个码片宽度；如果是，则将凹点前面径的峰值点之后距该峰值点一个码片宽度的位置作为当前径的时间参考点；否则，将凹点的位置作为当前径的时间参考点。

步骤e中所述的分布规律为：在有限空间范围内的一条以上径之间，每条径相对其时间参考点的TOA附加时延误差具有独立同分布且分布参数近似相等的规律。

步骤e中所述估计TOA附加时延误差均值为：对NLOS信道下首径的TOA附加时延误差均值进行估计，并将该估计值作为NLOS信道下TOA附加时延误差的均值；或为：先对NLOS信道下从同一功率时延分布上提取的、除首径外的一条以上径的相对于其时间参考点的TOA附加时延误差进行估计，然后将所有径TOA附加时延误差的估计值之和除以所提取径的个数，得到NLOS信道下TOA附加时延误差的均值。

本发明所提供的估计TOA附加时延误差的方法，给出了一种可以综合估计反射路径引入的TOA附加时延误差和子径叠加引入的TOA附加时延误差的解决方案，该方法使TOA附加时延误差估计的精度提高，且具有良好的实时性和实用性，克服了现有技术中估计TOA附加时延误差实时性差；无法估计反射路径引入的TOA附加时延误差；以及对多数实际通信系统中由于带宽原因无法产生必须的估计精度等问题。

另外，将本发明所获取的TOA附加时延误差均值和方差的估计值，分别用于TOA附加时延误差的矫正以及位置估计算法中加权矩阵权值的修正，就可以实现对TOA附加时延误差的抑制，而且具有很好的效果。如图4所示，图4下部是进行TOA附加时延误差矫正前后的功率时延函数(PDF)曲线，图4上部是进行TOA附加时延误差矫正前后的累积分布函数(CDF)曲线，图4的横坐标为TOA附加时延误差，以码片宽度为单位，图中的“+”线是矫正后的TOA附加时延误差曲线；实线是场测的TOA附加时延误差曲线。图4表明，进行NLOS误差矫正后，TOA附加时延误差变为零均值的随机变量，矫正后误差曲线的二阶原点矩小于矫正前的二阶原点矩，进而说明零均值矫正降低了LOS误差对位置估计精度的影响。

图5为NLOS环境下场测得到的位置估计性能改进曲线，图5上部子图中给出的细实线表示校正前位置估计结果的CDF曲线，图5上部子图中给出的粗实线表示校正后位置估计结果的CDF曲线；图5下部子图中给出的细实线表示校正前的位置估计误差，图5下部子图中给出的粗实线表示校正后的位置估计误差。根据图5上部的子图，以对应位置估计误差为50米的点为例，可以看出，校正后的CDF曲线比矫正前的CDF曲线取值大了约10％，如果没有图4上部子图所示的由于TOA测量算法不稳定导致的TOA测量量中存在的10％的负值，改进量可进一步提高；在对应位置估计误差为150米的点，校正后的CDF曲线取值已经达到了FCC规定的定位精度，显然，位置估计的精度提高了。

附图说明

图1为NLOS信道下在同一点上进行四次测量得到的功率时延分布图；

图2为本发明估计TOA附加时延误差的实现流程图；

图3为NLOS信道下的功率时延分布及其NLOS误差估计方法的示意图；

图4为NLOS信道下的TOA附加时延误差的矫正曲线对比图；

图5为NLOS信道下场测得到的位置估计性能改进曲线示意图。

具体实施方式

本发明的方法是基于对NLOS信道下TOA附加时延误差产生机理和分布形式的分析而提出的，下面先分析一下NLOS信道TOA附加时延误差的产生机理：

在NLOS环境下，由于首径和其后的径都是由众多子径叠加而成的，这些子径是独立同分布的，而且，根据散射体均匀分布的假设，这些子径的强度都是相当的，也就是无主导子径存在。在这种条件下，反射体的质心引入的TOA附加时延误差t_rc满足指数分布，那么，根据中心极限定理，由反射体产生的众多子径叠加引入的TOA附加时延误差t_sf，即相对于t_rc的TOA附加时延误差是符合正态分布。因此，NLOS信道下的TOA附加时延误差t_n＝t_rc+t_sf，由于t_rc和t_sf是相对独立的随机变量，t_n的分布是指数分布和正态分布的卷积，如公式(1)所示。需要说明的是，虽然理论上正态分布的t_sf可以取正负无穷大的值，但是实际系统中，t_n＝t_rc+t_sf恒为正。

         f(t_n)＝norm(t_sf，μ，σ)expO(x_rc，β)  (1)

t_n的随机性可以从图1给出的场测功率时延分布(PDP)的波形中直观地看出来。图1给出的是在NLOS环境下同一个测试点，即同一位置上进行四次测量得到的四个功率时延分布，图1的横坐标为时间，以四倍码片速率采样的样点间隔为单位，纵坐标为幅度以毫伏为单位。图1中从上至下依次是第一次至第四次，图1中的四次测量每次测量间隔3秒钟，四次测量历时约12秒。图1中的“+”号实线是场测功率时延分布，图1中的竖线表示径的峰值点和径前的凹点。

为了把握TOA测量中附加时延误差对移动台定位性能的影响，需要关心的是首径位置，即到达时间的时变性。为了利用首径之后的某些径对首径的时变性进行估计，需要分析首径之后某个时间段，也就是对应某个空间范围内的各个径的时变性。观察图1中的第二径相对于第一径、第三径相对于第二径的间隔的变化，同时观察第一、第二、第三径的幅度变化，可以直观地看出：1)这些径的幅度是随时间起伏的，并且起伏的幅度相当，这就表明，在NLOS环境下，首径和其后的若干径的信干比在统计意义上是相当的；2)第二径相对于第一径、第二径相对于第三径的间隔都是随时间变化的，而且这种变化的幅度也是相当的。根据以上规律和散射体均匀分布的假设，首径和第二、第三径具有相同的变化规律和变化幅度，也就是说，在NLOS环境下，首径和其后的若干径在到达时间上具有相同的规律，其到达时间都满足公式(1)所描述的分布形式。由于各个径所对应的空间上的散射体密度相同、各个径的信干比在统计意义上相同，这就决定了各个径的到达时间不但具有相同的分布形式，而且具有相同的分布参数，因此，在NLOS环境下，首径和其后若干径的TOA附加时延误差是同分布的随机过程，这是进行NLOS误差估计的基础。

为了利用上述径的漂移规律来估计首径的NLOS误差，需要参照图3引入的、用于TOA附加时延误差估计的时间参考点(RTP，Reference Time Point)的概念。首径的时间参考点是：NLOS环境下按照LOS传播路径计算出的TOA时间位置，此位置对应的TOA附加时延误差为零；除了首径之外的某个径，如图3中的第二径，其时间参考点就是：计算该径TOA附加时延误差的起始点，如果该径在其时间参考点处出现，意味着该径的TOA附加时延误差为零。确定径的时间参考点的依据是：1)系统的距离分辨率，距离分辨率由系统带宽决定，对于CDMA系统，其距离分辨率为一个码片；2)在NLOS环境下，在一个特定空间范围内，径在任何位置上出现的概率是相等的。

在引入时间参考点之后，把首径相对其时间参考点RTP1的TOA附加时延误差表示为t_n，把第二径相对其时间参考点RTP2的TOA附加时延误差表示为t_2I，把第i径相对其时间参考点RTPi的TOA附加时延误差表示为t_iI。当第一径和第i径在有限空间范围内，如几百米范围内出现时，t_n、t_2I...t_iI是独立同分布且分布参数近似相等的随机过程，这个规律是实现对TOA附加时延误差均值和方差估计的理论基础。

利用上述规律进行TOA测量过程中，NLOS误差估计的公式可以表示为公式(2)：

${\widehat{\stackrel{\‾}{t}}}_n\≈E\[t_{2f}\]\≈E\[t_{3f}\]\≈...\≈E\[t_{\mathrm{if}}\]---\left(2\right)$

公式(2)中， 表示首径在NLOS下TOA附加时延误差均值的估计值。

实际使用公式(2)所述原理时，为了利用较少的测量次数获取较准确的首径TOA附加时延误差的均值的估计值，可采用公式(3)：

${\widehat{\stackrel{\‾}{t}}}_n\≈(E\[t_{2f}\]+E\[t_{3f}\]+...+E\[t_{\mathrm{Nf}}\])/N---\left(3\right)$

公式(3)中，

表示NLOS误差均值的估计值；N表示在同一个功率时延分布上提取的用于NLOS误差估计的径的个数，其中不包括首径。

基于上述分析，本发明所采用的实现NLOS信道下的TOA附加时延误差估计方法，如图2所示，包括以下的步骤：

步骤201：根据所确定的用于获取定位信号功率时延分布的相关参数，对定位信号进行搜索，获取定位信号的功率时延分布。

本步骤又分两步完成：

第一步，确定获取定位信号功率时延分布所需要的相关参数。这里所说的相关参数主要包括：需要同时采集其功率时延分布的伪随机码的个数，其中一个伪随机码对应一种功率时延分布；需要采集的同一种功率时延分布的个数，该种功率时延对应同一个伪随机码；对各种功率时延分布的采集频率；多径搜索的搜索窗宽度；采集功率时延分布时采用的相干长度和非相干累加次数等。

第二步，根据第一步所确定的相关参数，对所有定位信号进行相关搜索或匹配滤波，得到定位信号的功率时延分布。其中，定位信号可以是来自蜂窝移动台接收机的输出，也可以是来自GPS或A-GPS接收机的输出；定位信号可以取自接收机的基带信号，也可以取自接收机的中频信号。

步骤202：确定步骤201所获得的每个功率时延分布的径检测门限，并根据所确定的门限值分别在相应的功率时延分布上进行径判决，获得若干条径的位置。

本步骤中，确定每个功率时延分布的径检测门限可以有多种方法，以根据对背景噪声的提取来确定径检测门限为例，确定径检测门限的具体实现过程是这样的：

1)提取背景噪声，先粗略提取，再精确提取。

其中，粗略提取又可分为两种情况：通过在功率时延分布中剔除若干个最强径的方法实现背景噪声的粗略提取；或是通过使用空闲伪随机码来获取互相关输出信号来提取背景噪声。这里所述的空闲伪随机码可以是蜂窝移动台附近基站没有使用的扰码，也可以是GPS卫星星历中推算出的处于地平线以下的卫星发射的定位信号码。

精确提取是指在粗略提取背景噪声之后，对粗略提取的背景噪声进行参数估计，如：估计背景噪声的均值和标准差。再根据估计出的均值、标准差、背景噪声的分布形式以及预先确定的特定检测概率，确定一个粗略的径检测门限THR_C，利用该THR_C从相应的功率时延分布中检测出一个首径PATH1_C；然后，在该功率时延分布上，从PATH1_C之前若干个码片开始到搜索窗启始位置这样一个区间内，提取出精确的背景噪声。这里，背景噪声的分布形式可以近似认为是χ2分布或正态分布。

2)确定每个功率时延分布用于径检测的噪声门限。

在准确提取背景噪声的基础上，估计出背景噪声的均值、标准差，然后根据背景噪声的分布形式以及预先确定的特定检测概率，确定每个功率时延分布最终的径检测门限THR。同样，这里背景噪声的分布形式可以是χ2分布或正态分布，当背景噪声为正态分布时，

                THR＝Mu+k×Sigma

其中，Mu表示背景噪声的均值，Sigma表示背景噪声的标准差，k为加权系数，k的取值由径检测要求的虚警率来决定。

3)进行径检测。

根据每个功率时延分布对应的径检测门限THR，在相应的功率时延分布上通过检测峰值点的方法实现径判决，功率时延分布上凡是大于径检测门限THR的峰值点的位置就是径的位置。

在步骤202中，为了提高对径时延估计的精度，可以在检测出径的位置之后，对感兴趣的径，如首径或首径之后的若干径，作内插处理。所述的内插处理是一种插值算法，通常定义为根据二个已知值估计出中间值，例如一个函数或序列，最常见的形式是线性内插法，可采用二分插值法。

步骤203：根据步骤202中所获得的首径峰值点的位置，确定用于NLOS误差估计的统计窗的窗口宽度。

确定统计窗口宽度的方法如图3所示，图3中的横坐标是功率时延分布的采样样点数，每个码片宽度对应4个样点，图3的纵坐标是径的幅度。

以首径即第一径的峰值点位置为起始点，图3中首径的峰值点位置为A点。由起始点向后取N个码片宽度作为从中挑选用于NLOS误差估计的径的窗口宽度，N的取值范围为1～10。在图3给出的实施例中，N的取值为3，即取3个码片，那么对应的窗口宽度包括3×4＝12个样点，该实施例窗口的具体位置是从样点21到样点33，在所确定的窗口内存在两条径，即峰值点幅度大于图3中检测门限Thr的径，就是图3中所示的第二径和第三径。

步骤204：根据步骤202中所获得的每条径的位置，获取步骤203中确定的统计窗内每条用于NLOS误差估计的径的时间参考点。

要获取统计窗内某个径时间参考点时，这里将当前要获取其时间参考点的径称为当前径，该获取方法具体包括：基于步骤201所获得的功率时延分布，先判断当前径前面的凹点到凹点前面的径的峰值点之间的时间间隔是否小于等于一个码片宽度；如果是小于等于一个码片宽度，则将凹点前面的径的峰值点之后距该峰值点一个码片宽度的位置作为当前径的时间参考点；否则，将凹点位置作为当前径的时间参考点。比如：为了确定第二径的时间参考点，首先要确定第二径前面的凹点到其前面的第一径的峰值点A的时间间隔是否小于等于一个码片宽度，如果是，就把A点之后与A点相距一个码片宽度的时间位置作为第二径的时间参考点RTP2；如果不是，就把A点之后的凹点的时间位置作为第二径的时间参考点RTP2，确定第三径或更多径的时间参考点的方法与确定第二径时间参考点的方法相同。

以确定图3中第二径的时间参考点为例，那么，当前径为第二径，具体实现过程是这样的：首先，判断第二径前面的凹点P与凹点P前面第一径峰值点A之间的时间间隔是否小于等于一个码片宽度。由于峰值点A对应样点21，P对应的样点小于样点25，所以凹点P与峰值点A之间小于4个样点，进而说明凹点P与峰值点A之间的时间间隔小于一个码片宽度。那么，就将峰值点A之后相距峰值点A一个码片宽度的位置B作为第二径的时间参考点，位置B就是对应样点25的位置。同理，可确定第三径的参考点为位置D，即对应样点30的位置。

步骤205：获取TOA附加时延误差的均值。

获得统计窗内除首径外每条径的时间参考点后，可利用在有限空间范围内的多条径之间，每条径相对其时间参考点的TOA附加时延误差具有独立同分布且分布参数近似相等的规律，使用公式(2)或公式(3)来估计TOA附加时延误差的均值。其中，使用公式(3)的特点是可以通过较少的测量次数，如使用一次功率时延分布测量，来得到更为准确的TOA附加时延误差均值的估计值。

步骤206：根据步骤205所获取的TOA附加时延误差的均值，估计出TOA附加时延误差的方差。

根据公式(1)，TOA附加时延误差的均值具有指数分布；如果经过非相干累加处理，TOA附加时延误差的均值就具有伽玛(GAMA)分布，那么，利用指数分布或伽玛分布下均值和方差的关系，就可以得到TOA附加时延误差均值的方差，再根据统计理论中平均处理前后随机变量方差间的倍数关系，即可得出TOA附加时延误差的方差。

本发明在完成上述步骤，获取TOA附加时延误差均值和方差的估计值后，可分别将其用于TOA附加时延误差矫正和位置估计算法中加权矩阵权值的修正，即可实现对NLOS误差的抑制。

由于在实际应用环境下，可以在数值上近似使用NLOS误差估计来实现准LOS的矫正，因此，本发明所述方法在数值上可近似适用于准LOS。总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (14)

1、一种估计到达时间附加时延误差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.确定获取定位信号功率时延分布所需的参数，并根据所确定的参数对定位信号进行搜索，获取定位信号的功率时延分布；

b.确定步骤a所获得的每个功率时延分布的径检测门限，并根据所确定的门限值分别在相应的功率时延分布上进行径判决，获得一条以上径的位置；

c.确定步骤b中所获得的首径峰值点后的一个或一个以上码片宽度作为用于非可视信道NLOS误差估计的统计窗的窗口宽度；

d.根据步骤b中所获得的每条径的位置，获取步骤c中确定的统计窗内每条用于NLOS误差估计的径的时间参考点；

e.获得步骤c所确定统计窗内除首径外每条径的时间参考点后，利用一条以上径相对其时间参考点的到达时间TOA附加时延误差的分布规律，估计TOA附加时延误差的均值。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还进一步包括：根据步骤e所获得的TOA附加时延误差的均值，以及TOA附加时延误差均值和TOA附加时延误差方差间的关系，估计出TOA附加时延误差的方差。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述估计TOA附加时延误差方差进一步包括：先利用TOA附加时延误差均值和方差的关系，得到TOA附加时延误差均值的方差，再根据统计理论中平均处理前后随机变量方差间的倍数关系，计算出TOA附加时延误差的方差。

4、根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述TOA附加时延误差均值和方差之间的关系由TOA附加时延误差均值的分布形式来确定。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的分布形式为指数分布，或为伽玛分布。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中所述的所需参数至少包括：需要同时采集其功率时延分布的伪随机码的个数；需要采集的同一种功率时延分布的个数；对每种功率时延分布的采集频率；多径搜索的搜索窗宽度；采集功率时延分布时采用的相干长度；以及非相干累加次数。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中所述的定位信号为蜂窝移动台接收机的输出；或为全球定位系统GPS或辅助全球定位系统A-GPS接收机的输出。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤a中所述的定位信号为取自接收机的基带信号；或为取自接收机的中频信号。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：

b1.从步骤a所获得的功率时延分布上提取背景噪声，并估计出所提取的背景噪声的均值和标准差，获得背景噪声的分布形式；

b2.根据步骤b1所获得的背景噪声的分布形式以及预先确定的特定检测概率，确定每个功率时延分布最终的径检测门限；

b3.根据每个功率时延分布对应的径检测门限，在相应的功率时延分布上对峰值点进行检测，确定功率时延分布上大于径检测门限的峰值点的位置为径的位置。

10、根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，检测出径的位置后，步骤b进一步包括：对获得径位置的一条以上的径进行内插处理。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c所述的窗口宽度大于等于一个码片宽度，且小于等于十个码片宽度。

12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d中时间参考点的获得具体包括：

先判断要获得时间参考点的当前径前面的凹点与该凹点前面的径的峰值点之间的时间间隔是否小于等于一个码片宽度；如果是，则将凹点前面径的峰值点之后距该峰值点一个码片宽度的位置作为当前径的时间参考点；否则，将凹点的位置作为当前径的时间参考点。

13、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中所述的分布规律为：在有限空间范围内的一条以上径之间，每条径相对其时间参考点的TOA附加时延误差具有独立同分布且分布参数近似相等的规律。

14、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中所述估计TOA附加时延误差均值为：对NLOS信道下首径的TOA附加时延误差均值进行估计，并将该估计值作为NLOS信道下TOA附加时延误差的均值；或为：先对NLOS信道下从同一功率时延分布上提取的、除首径外的一条以上径的相对于其时间参考点的TOA附加时延误差进行估计，然后将所有径TOA附加时延误差的估计值之和除以所提取径的个数，得到NLOS信道下TOA附加时延误差的均值。

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