[发明专利]用于估计受多径影响的电磁信号的到达时间的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于估计和消除电磁信号（例如SSR响应）的多径延迟的方法。

更具体地，本发明涉及通过分析所接收的每个单脉冲的自相关函数与理想脉冲的自相关函数的失真来估计和校正多径延迟的方法；根据所获得的相对于理想相关函数的失真，可以得到脉冲参数的变化和估计用于在估计电磁信号的到达时间（TOA）时进行补偿所将考虑的多径影响。

背景技术

对于术语“多径”，它是指正被接收的电磁波和通过周围环境产生的该电磁波的经历不同衰减的反射（参见图1）的叠加现象。由于多径，除了由源TX沿瞄准线（LOS）发送的直达信号到达接收器RX之外，经过不同路径且随后在周围对象上反射后的信号也到达接收器RX，该信号相对于直达信号具有时间延迟。在许多RF系统，例如GPS接收器、GSM接收器等中存在多径问题。

估计和消除空中监视系统的SSR响应上的多径延迟是非常重要的。已使用的空中定位系统在接近区域（在空中）和机场（地面上）的局部、在“进入航线”和空中TMA（交通管理顾问）的大区域中是多点定位，即便该技术可以用于其他的非航空领域。

多点定位是基于SSR响应的到达时间（TOA）的测量的目标定位系统，该SSR响应由相同的目标发送。作为“目标”，其应当理解为具有航空电子应答器的任何飞行器，该航空电子应答器适于发送模式A/C/S的SSR响应。多点定位系统利用目标发送的和分布在预先精确得知的不同位置的不同传感器接收的信号的TOA测量值来估计应答器的位置。因此，多点定位系统的应用方案是复杂方案，其中机场中的基础设施在多径产生时具有根本作用。实际上，终端、停机场和停放的飞机等都能够产生反射并且引起多径现象。多径对系统的影响是双重的：一方面其产生目标实际位置的偏移情况，另一方面，其向位置的估计引入噪音。

参照图2和3的图表（a）-（g），可以得知主要是对模式A/C/S响应的报头产生影响。在该示例中，一个利用同相（图2）和反相（图3）地相对于接收器上的直接LOS信号（参见图1）的振幅被减小约3/4的反射信号的等级，来仅再现对模式S的影响。该给出的示例涉及以下情况，通过目标反射的信号被相对于直接LOS射线以200ns的梯级延迟。

到达时间的估计被使用的适当的相关因子所影响，相关因子将目标（具有叠加的多径）所接收的信号和预加载在相同接收器中的适当的标准报头矩阵相关。通过这种方式，在已知线路中，可以得到与相关函数的最大值对应的到达时间。

多径现象趋向使输出相关因子的信号失真，该相关因子对到达时间的估计具有后续的影响。在图4中可以证实上述内容。可以看到，相关函数（图4(b))失真，导致相关顶点偏移，因此在估计到达时间时产生错误。在图5中，对单SSR脉冲的到达时间的估计的多径影响与以下相关：

-反射信号振幅相对于直达信号的振幅的百分比；

-反射信号相对于直达信号的延迟（毫微秒级）；

-反射信号和直达信号之间的相位差（对于零之上的所有曲线的正数K和对于零之下的所有曲线的复数K）。具有更大绝对值纵坐标的曲线与更大的K绝对值相关。

因此，引入误差与反射波的振幅成正比，图5的图表中示出了在估计理想LOS的到达时间时多径引入的错误的合成，以及图5的图表对于具有0.1-0.5的信号振幅的反射振幅的值被参数化。对于100ns以下的延迟值，通过多径引入的延迟的影响可以被忽略。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于估计（以及随后消除）多径延迟的方法，其解决了现有技术中的问题以及克服了现有技术中的缺陷。

本发明的目的提供一种用于估计受多径影响的电磁信号例如SSR响应的到达时间的方法，包括执行以下步骤：

A1.对天线接收的电磁信号进行采样，其中采样时间间隔p>0，采样步骤产生2k+1个样本，其中，k为正整数；以及

A2.计算步骤A1中获得的采样电磁信号的自相关函数；

其中，进一步执行以下步骤：

B.对于电磁信号的脉冲和对于m=1,…M的每个值，进行下列子步骤，其中m和M是正整数：

B1.在自相关函数的最大值的右侧选择一组N个点，以及在自相关函数的最大值的左侧选择一组N个点，其中N是小于k的正整数；

B2.计算内插在右侧的一组N个点的点中的第一多项式，和计算内插在左侧的一组N个点的点中的第二多项式；以及

B3.计算第一内插多项式和第二内插多项式的交点，以及计算交点和自相关函数的最大值之间的横坐标距离Tm，Tm表示多径影响的估计值；