CN109001672A - 一种时差频差参数估计方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种时差频差参数估计方法及装置,将两路接收装置接收的目标辐射源的信号进行分段处理,将两路信号皆分成多段的分段信号,计算两路信号对应的分段信号的时差和频差,再联立方程组,采用最小二乘法进行求解,便可得到估计的时差或频差。本发明将分段处理应用到时差频差参数估计上来,能够得到高精度的时差和频差参数估计值,将其应用到无源目标辐射源的定位上时,可以提高目标的定位精度。
Description
技术领域
本发明属于无源定位技术领域,具体涉及一种时差频差参数估计方法及装置。
背景技术
对目标辐射源进行高精度的无源定位是信息保障的重要手段,相比于传统的雷达***,无源定位具有定位作用距离远、成本低、隐蔽性强的优势,因此具有重要的意义。无源定位通过接收来自目标辐射源的电磁波信号,测量到达角度、到达时间差、到达频率差等参数,实现对目标位置和速度的估计。其中,基于时频差定位的无源定位是一类重要的无源定位技术。
要想提升目标的定位精度,就必须提高对于时差频差的测量精度。根据时差频差估计精度的表达式,最直接的提升时差频差精度的方法就是增加积累时间,但是当积累时间增加时,也容易发生时差和频差的扩展问题。
时差扩展指的是在处理时间内,时差是时变的,且在该时间内,总的时差变化量(扩展量)接近时差的分辨率。频差扩展指的是在处理时间内,频差是时变的,且在该时间内,总的频差变化量(扩展量)接近频差的分辨率。时差和频差的扩展会导致时差和频差估计精度的下降,从而造成在时频差定位***中定位精度的下降。
当不存在时差和频差的扩展问题时,能够取得较好的定位精度,但是当时差和频差的扩展问题发生时,就会严重影响时差频差的估计精度,使得时差频差的估计不准确,进而影响时频差体制的定位精度,导致其定位精度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种时差频差参数估计方法及装置,用以解决现有技术中时差和频差参数估计不准确的问题。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案为:
本发明提供了一种时差频差参数估计方法,包括如下步骤:
采用两路接收装置对目标辐射源信号进行时频同步接收;将接收的两路信号按照时间划分成至少两段信号,且两路信号的划分方法相同,得到两路信号的分段信号;计算两路信号的对应分段信号的时差和频差;根据计算出的两路信号的对应分段信号的时差和频差,联立方程组,采用最小二乘法求解所述方程组,得到估计的频差和/或时差。
本发明还提供了一种时差频差参数估计装置,包括处理器,所述处理器用于执行指令实现如下方法:
采用两路接收装置对目标辐射源信号进行时频同步接收;将接收的两路信号按照时间划分成至少两段信号,且两路信号的划分方法相同,得到两路信号的分段信号;计算两路信号的对应分段信号的时差和频差;根据计算出的两路信号的对应分段信号的时差和频差,联立方程组,采用最小二乘法求解所述方程组,得到估计的频差和/或时差。
本发明的有益效果:
本发明的时差频差参数估计方法及装置,将两路接收装置接收的目标辐射源的信号进行分段处理,将两路信号皆分成多段的分段信号,计算两路信号对应的分段信号的时差和频差,再联立方程组,采用最小二乘法进行求解,便可得到估计的时差或频差。本发明将分段处理应用到时差频差参数估计上来,能够得到高精度的时差和频差参数估计值,将其应用到无源目标辐射源的定位上时,可以提高目标的定位精度。
作为方法及装置的进一步改进,为了使每段分段信号内不发生时差和频差扩展,得到的分段信号对应的时间长度满足:
T0Wa1<0.01且f0T0 2a2<0.01
其中,T0为分段信号对应的时间长度,W为信号带宽,a1为两路接收装置接收信号的达到时间差的一阶变化率,a2为两路接收装置接收信号的达到时间差的二阶变化率。
作为方法及装置的进一步改进,每段分段信号对应的时间均相等。
作为方法及装置的进一步改进,计算两路信号的对应分段信号的CAF值,根据计算的CAF值来计算两路信号的对应分段信号的时差和频差;其中,时差、频差分别为CAF值的最大值对应的横、纵坐标。
作为方法及装置的进一步改进,所述CAF值为:
其中,s1(t)、s2(t)分别为接收的两路信号,τ为接收的两路信号的到达信号差,T0为分段信号对应的时间长度,s1i(t),i=1,...,M,为第一路信号的分段信号,s2i(t),i=1,...,M,为第二路信号的分段信号。
作为方法及装置的进一步改进,采用最小二乘法求解所述方程组,还包括得到估计的频差变化率的步骤。
作为方法及装置的进一步改进,所述方程组为:
Ax=b+n
其中,τ0、fd、分别为估计的时差、频差和频差变化率;M为分段个数,为两路信号的第一段信号的时差,为两路信号的第M段信号的时差,为两路信号的第一段信号的频差,为两路信号的第M段信号的频差;n=[n11,...,n1M),n21,...,n2M]T为分段测量的误差;
附图说明
图1是两路接收信号示意图;
图2是本发明的方法流程图;
图3是信号分段示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚,下面结合附图及实施例,对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种时差频差参数估计装置,该装置包括处理器,处理器用于执行指令实现本发明的时差频差参数估计方法,下面结合图2,对该方法的最佳实施方式加以说明。
如图1所示,采用两路接收机对信号进行时频同步接收,假设接收到的信号分别为s1(t)和s2(t):
s1(t)=s(t)exp{j2πf0t}+n1(t)
其中,s(t)为目标辐射源信号,f0(t)为信号带宽,n1(t)、n2(t)分别为接收机的噪声信号,τ(t)=τ0+a1t+0.5a2t2为两路接收机信号的到达时间差,a1为时差的一阶变化率,a2为时差的二阶变化率,0≤t≤T,T表示信号总时长。
首先,在接收到这两路信号后,对接收的信号进行划分。将时间等间隔划分成M段,每一段是时间长度为T0,如图3所示。第一路信号被划分为:s11(t),s12(t),…,s1M(t);第二路信号被划分为:s21(t),s22(t),…,s2M(t)。为了使这M段内不发生时差和频差扩展,需要满足的条件为:
T0Wa1<0.01且f0T0 2a2<0.01
其中,T0为分段信号对应的时间长度,W为信号带宽,a1为两路接收装置接收信号的达到时间差的一阶变化率,a2为两路接收装置接收信号的达到时间差的二阶变化率。
然后,利用分段之后的CAF,计算两路信号的对应分段信号的时差和频差。计算的CAF为:
估计的时差和频差
从该公式中可以看出,和是CAFi(τ,f)最大值对应的横纵坐标。
接着,根据计算出的两路信号的对应分段信号的时差和频差,联立方程组,采用最小二乘法求解所述方程组,得到估计的频差、时差和频差变化率。
假设时差、频差、频差变化率估计为:则联立的方程组为:
Ax=b+n
其中,n=[n11,...,n1M),n21,...,n2M]T为分段测量的误差,
利用最小二乘法求解最终时差、频差和频差变化率,估计得到的时差、频差、频差变化率为
xe=(ATQ-1A)-1ATQ-1b
其中,IM为M维矩阵的单位矩阵,σ1、σ2分别为分段时差、频差测量误差,βs为均方根带宽,Bn为噪声带宽,γ为信噪比。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种时差频差参数估计方法,其特征在于,包括如下步骤:
采用两路接收装置对目标辐射源信号进行时频同步接收;
将接收的两路信号按照时间划分成至少两段信号,且两路信号的划分方法相同,得到两路信号的分段信号;
计算两路信号的对应分段信号的时差和频差;
根据计算出的两路信号的对应分段信号的时差和频差,联立方程组,采用最小二乘法求解所述方程组,得到估计的频差和/或时差。
2.根据权利要求1所述的时差频差参数估计方法,其特征在于,得到的分段信号对应的时间长度满足:
T0Wa1<0.01且f0T0 2a2<0.01
其中,T0为分段信号对应的时间长度,W为信号带宽,a1为两路接收装置接收信号的达到时间差的一阶变化率,a2为两路接收装置接收信号的达到时间差的二阶变化率。
3.根据权利要求1所述的时差频差参数估计方法,其特征在于,每段分段信号对应的时间均相等。
4.根据权利要求1所述的时差频差参数估计方法,其特征在于,所述计算两路信号的对应分段信号的时差和频差包括:计算两路信号的对应分段信号的CAF值,根据计算的CAF值来计算两路信号的对应分段信号的时差和频差;其中,时差、频差分别为CAF值的最大值对应的横、纵坐标。
5.根据权利要求4所述的时差频差参数估计方法,其特征在于,所述CAF值为:
其中,s1(t)、s2(t)分别为接收的两路信号,τ为接收的两路信号的到达信号差,T0为分段信号对应的时间长度,s1i(t),i=1,...,M,为第一路信号的分段信号,s2i(t),i=1,...,M,为第二路信号的分段信号。
6.根据权利要求1所述的时差频差参数估计方法,其特征在于,采用最小二乘法求解所述方程组,还包括得到估计的频差变化率的步骤。
7.根据权利要求6所述的时差频差参数估计方法,其特征在于,所述方程组为:
Ax=b+n
其中,τ0、fd、分别为估计的时差、频差和频差变化率;M为分段个数,为两路信号的第一段信号的时差,为两路信号的第M段信号的时差,为两路信号的第一段信号的频差,为两路信号的第M段信号的频差;n=[n11,...,n1M),n21,...,n2M]T为分段测量的误差;
8.一种时差频差参数估计装置,其特征在于,包括处理器,所述处理器用于执行指令实现如下方法:
采用两路接收装置对目标辐射源信号进行时频同步接收;
将接收的两路信号按照时间划分成至少两段信号,且两路信号的划分方法相同,得到两路信号的分段信号;
计算两路信号的对应分段信号的时差和频差;
根据计算出的两路信号的对应分段信号的时差和频差,联立方程组,采用最小二乘法求解所述方程组,得到估计的频差和/或时差。
9.根据权利要求8所述的时差频差参数估计装置,其特征在于,得到的分段信号对应的时间长度满足:
T0Wa1<0.01且f0T0 2a2<0.01
其中,T0为分段信号对应的时间长度,W为信号带宽,a1为两路接收装置接收信号的达到时间差的一阶变化率,a2为两路接收装置接收信号的达到时间差的二阶变化率。
10.根据权利要求8所述的时差频差参数估计装置,其特征在于,每段分段信号对应的时间均相等。
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