计算机工程ComputerEngineering•网络与通信•文章编号：1000-3428(2010)14-0084—03文献标识码：A中图分类号：TN93基于互TK能量算子的到达时间差估计陈奎巴徐钊2(I.徐州工程学院信电工程学院，徐州221008;2.中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州221008)摘要：借鉴TK算子的优点，提出一种基于互TK能虽算子的信号到达时间差(TDOA)的估计方法。该方法通过相似度的峰值可以直接获得一个统计独立的TDOA佔计。采用趙宽带信号进行仿具实验,结果表明，该方法适用于无线定位中TDOA参数的估计,性能优于互相关估计算法。关键词：互TK能量算子；时延估计；到达时间差TimeDifferenceofArrivalEstimationBasedonCrossTeager-KaiserEnergyOperatorCHENKui12,XUZhao2(1.DepartmentofInformationandElectricalEngineering,XuzhouInstituteofTechnology,Xuzhou221008;2.SchoolofInformationandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008)[Abstract]ByreferringtotheadvantageofTeager-KaiserOperator(TKO),thispaperproposesanestimationmethodforTimeDifferenceofArrival(TDOA)oftwosignalsbasedonCrossTeager-KaiserEnergyOperator(CTKEO).TDOAestimationisobtaineddirectlyandstatisticalindependentlybycheckingpeakpositionofthesimilaritybetweentwosignals.SimulationexperimentswithUWBsignalshowthatthemethodissimple,moreachievableandgloballyoutperformscross-correlationalgoriihm・[Keywords!CrossTeager-KaiserEnergyOperalor(CTKEO);TimeDelayEstimalion(TDE);TimeDifferenceofArrival(TDOA)1概述在无线测距、定位过程中，信号到达时间(TimeofArrival,TOA)和到达时间差(TimeDifferenceofArrival,TDOA)是最基本的测量量⑴現依据多个TOA或TDOA的测量值，定位系统可以确定移动台位昼。从本质上说，信号的TOA估计就是信号的时延估计(TimeDelayEstimation,TDE),TDOA可以通过2个节点接收信号的互相关运算或由TOA测量值直接计算⑶。直接计算获得的TDOA与TOA测量值间不具有统计独立性，互相关运算在有色噪声或多径环境下性能会显著恶化。利用TK算子(Teager-KaiserOperator,TKO)不需要改变接收机的结构就可以完成信号的时延估计，获得优于互柑关运算的TOA估计⑷。Chan算法利用TOA直接计算获得的TDOA信息来逼近移动台位賈。耍进一步提高定位精度，可以采用TOA/TDOA数据融合技术⑸，因此，需要TDOA与TOA间具有统计独立性。本文借鉴TK算子在时延估计中的应用，提出利用互TK能量算子(CrossTeager-KaiserEnergyOperator,CTKEO)直接估计2个信号的TDOA,且该TDOA估计值统计独立于TOA,这样有利于后续的定位算法和数据融合。该估计方法简单、易实现，性能优丁基丁互相关运算的方法，并且适用于基于TDOA估计的无线测距或无线定位。2TKO和CTKEO2.1TKO非线性二次TK算子原用于语音信号处理过程中的能量测定。TK算子的输出中包含信号的幅度信息和频率信息。此外，TK算子结构简单、有效，能够很好地跟踪信号的瞬时变化，这为多径信号的时延鉴别提供了理论基础⑶。连续信号TK算子及其离散化形式分别定义为y/<i[x(w)]=x(n-\)x*(n-1)一丄-2)x\n)+x(n)x*x(n-2)]⑵TK算子对短时延的多径信号具有很强的敏感性,利用这一特性对传统窄带相关进行改进，可以达到很好的抑制多径的效果⑷。在窄带柑关的基础上，利用TK算子进行的改进,如图1所示。从图中可以看出，所有的改进仅限于算法，不存在硬件上的改动，所以，非常容易实现。图1TK算子多径时延估计2.2CTKEO将CTKEO记作中直,其用来表征2个时域信号似程度的测量量&",是2个时域信号柑互关系的一种非线性量化。就像TKO表征信号的能量一样，CTKEO是2个实信号的交叉能量,即互能量。文献⑺将CTKEO扩展到复信号,可以用来评估信号的时延误差。与TKO-样，利用CTKEO进行的TDOA估计方法仅限于算法上，不存在硬件改动。基金项目：国家自然科学基金资助项U(50534050)作者简介：陈奎(1971—),男，博士研究生，主研方向：无线网络,宽带通信技术；徐钊，教授、博士、博上生导师收稿日期:2010-01-10E-mail:kuirs@126.com以)=dV(/)(1)d2x(r)d2x*(z)1d?__...