模拟延迟脉冲锁相环的简单非相关TOA估计研究

摘  要： 在基于平方率的能量检测脉冲超宽带通信系统中，采用了较简单的模拟脉冲锁相环实现脉冲信号的同步和到达时间（TOA）的估计。提出了利用模拟延迟锁相环（ADLL）构建一种精确度高、实现简单的TOA估计算法；并对该算法性能进行了分析。仿真验证了该方法的有效性，并解决了在非视距（NLOS）环境下的精确测距问题。
关键词： 脉冲超宽带；TOA估计；延迟锁相环
       由于存在密集多径、高采样率和处理复杂度的困难，基于脉冲能量检测的非相关TOA估计算法近年来受到更多的关注[1-3]，能量检测不需要Nyquist高速率的采样，也不需要进行相关运算，所以大大降低了算法的运算负荷。基于能量检测的非相关TOA估计算法，主要是从能量采样序列中检测到DP所在的能量块，常用的算法有基于门限比较(TC)算法、基于能量峰值选择(MES)算法以及回溯门限比较的能量峰值选择(MES-SB)算法。
     传统的基于能量检测的非相关TOA估计算法都存在不同的缺点。TC算法和MES-SB都要设置合适的阈值门限，而门限因子的估计却很复杂困难；MES算法选择最强的能量积分块作为TOA估计，该算法在NLOS环境下存在较大的误差。本文提出了一种基于能量检测利用模拟延迟锁相环的非相关TOA估计方法，通过设置迟支路的衰减因子，使得锁相环稳态锁定点趋于DP位置，该算法简单，不需要高速的采样速率。
1 信号模型
     设脉冲超宽带信号经过平方器检波接收信号形式为：

     当接收到的脉冲信号经过平方器件后，脉冲宽度会展宽，但仍远远小于帧周期Tf，以帧周期为参考，将Δ(t)简化为理想脉冲函数δ(t)的形式，得到接收信号的相位表达式：

2 TOA估计算法
     基于脉冲锁相环的非相关TOA估计算法的原理[4-5]是将锁相环稳态锁定点作为信号TOA的估计。用于TOA估计的模拟一阶锁相环模型如图1所示。
   
       脉冲锁相环中压控振荡器VCO的输出u0(t)为：

     用于TOA估计的锁相环稳态稳定输出的波形如图2所示，模拟脉冲锁相环稳态锁定点作为TOA估计。