井下電磁波超分辨率toa定位方法的可行性研究(編輯修改稿)
2024-10-22 14:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，因?yàn)?條直線只有一個(gè)交點(diǎn)。AOA方法在自由空間是一種十分有效的方法，但要準(zhǔn)確測(cè)量電磁波的入射角度，對(duì)智能天線的要求較高，這將導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜度較高，不適合井下的使用，最重要的是巷道的多徑效應(yīng)和環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化會(huì)嚴(yán)重影響到方向判斷的準(zhǔn)確性。(3) 基于來波到達(dá)時(shí)間的TOA（time of arrival）定位方法[3]TOA方法主要測(cè)量信號(hào)在基站和移動(dòng)臺(tái)之間的單程傳播時(shí)間或來回傳播時(shí)間。前一種方法要求接收基站或移動(dòng)臺(tái)知道信息發(fā)出的準(zhǔn)確時(shí)間，并且接收機(jī)具有非常穩(wěn)定和準(zhǔn)確的時(shí)鐘；后者則不要求移動(dòng)臺(tái)和基站間的同步，是一種測(cè)量時(shí)間常用的方法,其測(cè)量結(jié)果是單程傳播時(shí)間的兩倍。若電磁波從移動(dòng)臺(tái)到基站的傳播時(shí)間為t，電磁波傳播速度為C，則移動(dòng)臺(tái)位于以基站位置為圓心，以Ct為半徑的圓上。同理在第二個(gè)、第三個(gè)基站上進(jìn)行上述計(jì)算，則移動(dòng)臺(tái)的二維位置坐標(biāo)可由這三個(gè)圓的交點(diǎn)確定(見圖2)。R1R2R3圖2 TOA算法示意圖TOA方法對(duì)時(shí)間測(cè)量精度的要求非常高，在時(shí)域中分析，1微秒的時(shí)間誤差將導(dǎo)致300m左右的定位誤差，因此要求基站有非常精確的時(shí)鐘。TOA估計(jì)一般通過時(shí)域相關(guān)即探測(cè)相關(guān)峰的方法來獲得時(shí)延估計(jì)，但是這類方法的時(shí)間分辨率有限，不能滿足井下應(yīng)用的要求,因此我們還需要尋求高分辨率的TOA算法。2. 超分辨率TOA算法近年來，頻域TOA方法得到廣泛的關(guān)注。頻域TOA方法是根據(jù)信道頻域響應(yīng)的采樣序列，利用IFT來獲得信道的脈沖響應(yīng)，從脈沖響應(yīng)波形得到DLOS（direct line of sight）的到達(dá)時(shí)刻進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)距與定位。IFT方法的時(shí)間分辨率為測(cè)量帶寬的倒數(shù)1/BW，為了得到足夠高的時(shí)間分辨率，其帶寬需要足夠?qū)?，而IFT方法的測(cè)量帶寬是不能無限增加的。90年代中后期T. Lo, J. Litva, 等人開始把時(shí)域超分辨率的譜估計(jì)算法引入到基于頻域特性的TOA估計(jì)中來，提出了超分辨率TOA估計(jì)算法。本文借鑒這一思想，將基于信道頻域特性的超分辨率TOA算法應(yīng)用到井下人員定位中來。(1) 超分辨率TOA算法的原理井下巷道是一個(gè)多徑現(xiàn)象十分嚴(yán)重的電磁波傳播環(huán)境，可以等價(jià)為井下信道對(duì)發(fā)射脈沖的一種FIR低通濾波效應(yīng)，信道的脈沖響應(yīng)可用式(1)表示。 (1)其中表示收、發(fā)之間路徑的條數(shù)，表示第k條路徑的歸一化場(chǎng)強(qiáng)幅值，表示第k條路徑到達(dá)的時(shí)間延遲。其傅立葉變換為： (2)如果我們把式(2)中的視為時(shí)間軸上的量，視為為頻率軸上的量，那么就可視為一個(gè)多頻率成分的時(shí)域信號(hào)，由各個(gè)頻率分量疊加而成。此時(shí)，時(shí)域超分辨率譜估計(jì)理論就可以利用到、的估計(jì)問題當(dāng)中，估計(jì)得
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