Korelacyjne metody estymacji czasu opóźnienia sygnałów

• Autorzy: Czopik G. , Kraszewski T.

Warianty tytułu

EN

Cross correlation techniques for time delay estimation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zagadnienie estymacji czasu opóźnienia sygnałów odgrywa ważną rolę w przetwarzaniu danych z wielu sensorów. Wartość opóźnienia pomiędzy sygnałami, zniekształcanymi przez szumy oraz zakłócenia, odebranymi przez odseparowane od siebie stacjonarne lub mobilne sensory, jest bardzo użytecznym parametrem dla aplikacji, które wykorzystywane są w wielu dziedzinach: przetwarzaniu sygnałów radarowych, rozpoznaniu sygnałowym, analizie mowy i lokalizacji jej źródła, geofizyce, inżynierii biomedycznej i wielu innych. Występuje wiele algorytmów estymacji czasu opóźnienia, a metoda korelacji wzajemnej jest jednym z podstawowych rozwiązań tego problemu. Wiele innych bardziej rozbudowanych metod bazuje na tym algorytmie. Wykorzystuje ona korelację sygnałów z odseparowanych sensorów i rozpatruje argument czasu odpowiadający maksymalnej wartości funkcji na wyjściu (pikowi). Jest to estymowany czas opóźnienia. W celu poprawy detekcji piku, po przeprowadzeniu operacji matematycznych korelacji wzajemnej, sugerowane jest wykorzystanie różnorodnych funkcji skalujących (ważących). Takie techniki, nazywane dla odróżnienia uogólnioną korelacją wzajemną, są popularnymi rozwiązaniami dla estymacji opóźnień czasowych z powodu ich dokładności, jak również umiarkowanej złożoności obliczeniowej. Metody te mają również pewne wady, dostarczają niejednoznacznych rezultatów dla szumów, zniekształceń skorelowanych z pożądanymi sygnałami. W artykule przybliżone zostaną korelacyjne metody estymacji czasu opóźnienia sygnałów oraz zaprezentowane wstępne wyniki ich badań symulacyjnych porównane pod względem dokładności estymacji parametru czasowego oraz szybkości działania w różnych warunkach pomiarowych.

EN

The problem of estimating the time delay (TDE) between signals received at two spatially separated sensors in the presence of jamming or noise is considered for a variety of applications, such as in radar signals processing, speech analysis and localization, geophysics, biomedical engineering and many others.There are a lot of algorithms to estimate the time delay. The basic cross - correlation (BCC) method is one of the essential solution of the time delay estimation problem. Many other time delay estimation developed methods based on this algorithm. This technique makes use of signals correlation and considers the time argument that corresponds to the maximum peak in the output as the estimated time delay. To improve the peak detection is suggested to use the various weighting functions after the cross - correlation. This technique is called generalized cross - correlation (GCC). The GCC method is the most popular technique for TDE due to their accuracy and moderate computational complexity. On the other hand they yield ambiguous results when the noises at the two sensors are correlated with the desired signals. In this article we described the cross correlation methods of time delay estimation and we presented the preliminary results of simulation research. Their effects are compared in respect of time parameter estimation accuracy and computation complexity in the different measurement conditions.

Słowa kluczowe

PL

korelacja wzajemna; estymacja czasu opóźnienia; lokalizacja TDoA

EN

cross-correlation; time delay estimation; TDoA localization

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 1
• Strony: 85--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czopik G.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, Instytut Radioelektroniki, Warszawa

autor

Kraszewski T.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, Instytut Radioelektroniki, Warszawa

Bibliografia

• [1] Dhull S., Arya S., Sahu O. P.: “Comparison of Time-Delay Estimation Techniques in Acoustic Environment”, International Journal of Computer Applications, vol. 8, No.9, pp. 29-31, October 2010.
• [2] Gao Y, Brennan M. J., Joseph P. F.: “A comparison of time delay estimators for the detection of leak noise signals in plastic water distribution pipes”, Journal of Sound and Vibration, vol. 292, Issues 3-5, pp. 552-570, May 2006.
• [3] Knapp C. H., Carter C. G.: “The Generalized Correlation Method for Estimation of Time Delay”, IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, vol. ASSP-24, pp. 320-327, August 1976.
• [4] Rosłoniec S.: „Analityczne rozwiązanie zadania wyznaczenia położenia i prędkości obiektu w 3D przestrzeni za pomocą systemu multistatycznego z czteroma odbiornikami”, Elektronika (LIII), nr 6/2012, s. 68.
• [5] Sakhnov K., Verteletskaya E., Simak В.: “Time Delay Estimation Algorithms for Echo Cancellation”, Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 9; Issue: 1; pp. 21-5-28; March 2011.
• [6] Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów wyd. 4, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2002.
• [7] Yan H., Liu W.: “Design of Time Difference of Arrival Estimation System Based on Fast Cross Correlation”, 2nd International Conference on Future Computer and Communication (ICFCC), vol. 2, pp. V2-464+V2-466, 21-24 May 2010.