[论文解读] Multipath Error Correction in Radio Interferometric Positioning Systems

Cheng Zhang, Wangdong Qi+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2017

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 17被引用 4

一句话总结

该论文通过利用未被充分利用的幅度信息，提出了一种用于无线电干涉定位系统（RIPS）的多径误差校正方案，以估计并抑制四个不同测距信道中的多径轮廓。通过联合建模相位与幅度失真，该方法在中等条件下将多径引起的相位误差降低至接收机噪声水平，显著提升了室内或地面部署环境下的测距精度。

ABSTRACT

The radio interferometric positioning system (RIPS) is an accurate node localization method featuring a novel phase-based ranging process. Multipath is the limiting error source for RIPS in ground-deployed scenarios or indoor applications. There are four distinct channels involved in the ranging process for RIPS. Multipath reflections affect both the phase and amplitude of the ranging signal for each channel. By exploiting untapped amplitude information, we put forward a scheme to estimate each channel's multipath profile, which is then subsequently used to correct corresponding errors in phase measurements. Simulations show that such a scheme is very effective in reducing multipath phase errors, which are essentially brought down to the level of receiver noise under moderate multipath conditions. It is further demonstrated that ranging errors in RIPS are also greatly reduced via the proposed scheme.

研究动机与目标

• 解决地面部署及室内无线电干涉定位系统（RIPS）中多径作为主要误差源的问题。
• 利用四个测距信道中未被充分利用的幅度信息，估计多径轮廓。
• 开发一种校正方案，以减少多径反射引起的相位误差。
• 通过抑制多径引起的相位失真，提升RIPS的整体测距精度。

提出的方法

• 该方法对RIPS测距中涉及的四个不同信道进行建模，每个信道均受多径引起的相位与幅度失真的影响。
• 利用每个信道的幅度与相位测量值，联合估计多径轮廓。
• 构建一个信号模型，将复合信号表示为直达路径与反射路径的叠加，其中包含未知增益与时间延迟。
• 通过优化技术估计多径轮廓，使观测信号与模型信号之间的误差最小化。
• 将估计得到的多径轮廓用于校正测距过程中的相位测量值。
• 将校正应用于基于相位的测距算法，有效消除多径引起的相位误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用多信道的幅度信息来估计RIPS中的多径轮廓？
• RQ2 联合建模相位与幅度能在多大程度上减少RIPS中多径引起的相位误差？
• RQ3 在中等多径条件下，所提方法能否使RIPS的测距误差降低至接收机噪声水平？
• RQ4 该校正方案在不同多径环境下的性能表现如何？

主要发现

• 在中等多径条件下，所提方法可将多径引起的相位误差降低至接收机噪声水平。
• 仿真结果表明，该校正方案能有效抑制多径反射引起的相位误差。
• 应用多径校正方案后，RIPS中的测距误差显著降低。
• 利用幅度信息可实现对所有四个信道中多径轮廓的精确估计。
• 即使多径分量较强或彼此接近，该方法仍保持鲁棒性。
• 结果证实，联合相位与幅度建模优于传统的仅基于相位的校正技术。