基于門限的TOA估計(jì)方法

基于能量檢測的TOA計(jì)算法：最大能法Energy，MES）選擇最大的能量塊所在的位置對應(yīng)的時(shí)刻為估計(jì)的，常選擇能量塊的央作為TOA的計(jì)值：

MES

maxb最大能量塊所在的位置經(jīng)常并非直達(dá)信號(hào)所在的位置。特別的，在環(huán)境，直達(dá)經(jīng)所在的能量塊經(jīng)常在最大能量塊之前。門限法接收信號(hào)的能量塊

較，第一個(gè)超過該門限的能量塊對應(yīng)的時(shí)刻即為估計(jì)的TOA。通常采用的是歸一化的門限

。有了歸一化的門限后，在接收端根據(jù)最大能量塊與norm最小能量塊就可以計(jì)算出門限二者關(guān)系為：

norm所以問題就變成如何設(shè)定合適的門限，特別是在多徑NLOS環(huán)下。

TC

b1>固定門限Fixed-Threshold，）最簡單的歸一化門限法。門限是一個(gè)固定值。2>基于峭度的歸一化門限估計(jì)法根據(jù)信號(hào)樣本的峭度與優(yōu)化的歸一化門限之間的關(guān)系該歸一化的門限從而估計(jì)信號(hào)的。復(fù)雜度低、采樣率低。3>基于最大能量和最小能量的聯(lián)合歸一門限估計(jì)法。門限與信噪比的關(guān)系。該方法存在的問題：信噪比很難估計(jì)，所以合適的門限很難選擇。僅僅使用信噪比很難反應(yīng)出真正全面的信道特征。接收信積分能量塊的統(tǒng)計(jì)特性K個(gè)立的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布變量的和服從自由度為K的卡方分布。如果接收信號(hào)中只包含噪聲而無UWB信，則信號(hào)的幅度服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，所以如果接收信號(hào)中即包含噪聲也有UWB信，則所以噪聲與信號(hào)的均值和方差分別如下：

。0

,

0

F,Feen/

tt

是第個(gè)積分塊信號(hào)的能量為由，

；為號(hào)帶寬。1>度峭度（Kurtosis）是描述積分能量塊分布態(tài)陡緩程度的統(tǒng)計(jì)量，標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的峭度為3，所以峭度經(jīng)常被定義為峭，稱為超額峭度Excess超額峭度（k）的意義：kkk0

時(shí)：與正態(tài)分布的陡緩程度相同；時(shí)：比正態(tài)分布的高峰更加陡峭，即尖頂峰；時(shí)：比正態(tài)分布的高峰平穩(wěn)，即平頂峰。將峭度的概念用于估計(jì)門限選區(qū)中，

k

N

b

1

i

i

為

為

對于只有噪聲沒有UWB信的高斯分布，所以；對于既有噪聲又有UWB信的

足大的時(shí)候k也增大。最優(yōu)的歸一化的門限與k之間的關(guān)系積分步長為時(shí)

0.673

0.75log

0.154e

積分步長為時(shí)

2

TOA估的平均絕對誤差A(yù)bsolute，MAE如下：MAE

1NNi

tiit

i

是第i次真時(shí)的真實(shí)值；i

是第i次真時(shí)的估計(jì)值。2>度偏（描積分能量塊分布形態(tài)的統(tǒng)計(jì)量描述的是總體取值分布的對稱性。定義如下：

N

b

1

i

i00

時(shí)：分布形態(tài)與正態(tài)分布的偏斜程度相同；時(shí)：其數(shù)據(jù)分布形態(tài)比正態(tài)分布相比為正偏或右偏，即有一條長尾巴托在右邊，/

數(shù)據(jù)右端有較多的極端值；

時(shí)：其數(shù)據(jù)分布形態(tài)比正態(tài)分布相比為負(fù)偏或左偏，即有一條長尾巴托在左邊，數(shù)據(jù)左端有較多的極端值；偏度的絕對值數(shù)值越大表示其分布狀態(tài)的偏斜程度越大。對于只有噪聲沒有UWB信或者很的

足夠大的時(shí)候，

s=0,隨著信噪比的增大，也大。3>方差均方差Error，）成為標(biāo)準(zhǔn)差Deviation,各數(shù)據(jù)偏離平均數(shù)的距離的平均數(shù)，他是離均差平方和平均后的方根，標(biāo)準(zhǔn)差如下：

表示。

i

ib

4>大斜度峭度與偏度不能反映信號(hào)延遲或傳播時(shí)延的特性，所以需要分析能量塊的斜率。所有能量塊被分為

b

組，每組里有M個(gè)能量塊。每組斜率的計(jì)算使用的是基于最小二乘法的直線擬合，所以最大斜率為：Mmax15>.數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征在不同的信道下一參數(shù)隨著同信噪比的走勢基本相同峭度與偏度隨著S