CN114355284B - 一种利用频谱主分量的时差估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线电定位技术领域，具体涉及一种利用频谱主分量的时差估计方法。本发明提出的一种利用频谱主分量的低数据传输量时差估计方法，通过一个信号接收站先利用信号频谱数据提取频谱主分量，然后将数据量减少了一半的频谱主分量数据传输到另一个信号接收站进行时差估计，从而在利用更宽的频谱信息确定高精度时差估计的同时，将所需要传输的数据量减少一半的目的。

Description

一种利用频谱主分量的时差估计方法

技术领域

本发明属于无线电定位技术领域，具体涉及一种利用频谱主分量的时差估计方法。

背景技术

当两个信号接收站接收到来自同一个无线电辐射源的信号时，两个信号接收站接收到的信号频谱之间的相位差与频率成正比，由于无线电辐射源的信号带宽越宽，时差估计精度越高，因此，时差定位是一种重要的高精度无线电定位技术。

对于连续的通信信号而言，难以通过两个信号接收站各自分别确定信号到达时间的方式确定信号到达时差，需要一个信号接收站先将接收到的信号传输到另一个信号接收站，再利用两个信号接收站接收到的两个信号的相关处理确定两个信号接收站之间的时差估计。在实际应用场景中，当两个信号接收站之间的通信带宽有限或单位时间可靠传输的数据量受到限制时，基于两个信号的相关处理的时差估计方法不再适用，需要发展一种低数据传输量的高精度时差估计方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种利用频谱主分量的时差估计方法，对于两个信号接收站进行时差估计，本发明提出一个信号接收站将接收到的信号频谱数据传输到另一个信号接收站之前如何先利用信号频谱数据提取频谱主分量，然后将数据量减少了一半的频谱主分量数据传输到另一个信号接收站，另一个信号接收站如何利用频谱主分量进行时差估计，从而达到在利用更宽的频谱信息确定时差估计的同时，将所需要传输的数据量减少一半的目的。

本发明的技术方案是：

一种利用频谱主分量的时差估计方法，包括以下步骤：

S1、设置第一信号接收站和第二信号接收站的频点数均为L(偶数)，且相邻频点间隔为δ；定义第一信号接收站和第二信号接收站接收信号的L维频谱向量分别为x₁、x₂，逆傅里叶变换长度为N(大于L/2)，补偿向量为

T表示向量转置，N×N阶的逆傅里叶变换矩阵为F，第m行、n列元素为

m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N；

S2、第一信号接收站将接收到的信号频谱向量x₁分为低频段、高频段两部分：

第二信号接收站将接收到的信号频谱向量x₂也分为低频段、高频段两部分：

其中，x₁₁和x₂₁为L/2阶的低频段信号频谱向量，x₁₂和x₂₂为L/2阶的高频段信号频谱向量；

S3、第二信号接收站由低频段频谱向量x₂₁和高频段信号频谱向量x₂₂确定频谱主分量合成系数α为：

从而确定第二信号接收站的频谱主分量为：

y₂＝x₂₁+αx₂₂

将频谱主分量y₂和频谱主分量合成系数α传输给第一信号接收站；

S4、第一信号接收站在低频段频谱向量x₁₁后面填N-L/2个零之后得到

在高频段信号频谱向量x₁₂后面填N-L/2个零之后得到

在频谱主分量y₂后面填N-L/2个零之后得到

进而确定逆傅里叶向量g为：

其中^*表示复数共轭，⊙表示向量的对应元素相乘；

S5、搜索逆傅里叶向量g中模最大的元素，确定其元素下标为：

从而得到时差估计为：

本发明的有益效果是：本发明提出的一种利用频谱主分量的低数据传输量时差估计方法，通过一个信号接收站先利用信号频谱数据提取频谱主分量，然后将数据量减少了一半的频谱主分量数据传输到另一个信号接收站进行时差估计，从而在利用更宽的频谱信息确定高精度时差估计的同时，将所需要传输的数据量减少一半的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实用性进行说明。

本发明提出的利用频谱主分量的低数据传输量时差估计方法，首先设置信号接收站1、2接收信号的频点数，相邻频点间隔；信号接收站1、2接收信号的频谱向量；逆傅里叶变换长度；补偿向量；逆傅里叶变换矩阵；然后信号接收站1将接收到的信号频谱向量分为低频段、高频段两部分，信号接收站2将接收到的信号频谱向量也分为低频段、高频段两部分；接着信号接收站2由低频段频谱向量和高频段信号频谱向量确定频谱主分量合成系数，进而确定信号接收站2的频谱主分量，并将频谱主分量和频谱主分量合成系数传输给信号接收站1；其次信号接收站1在低频段频谱向量后面填零之后，在高频段信号频谱向量后面填零，在频谱主分量后面填零，进而确定逆傅里叶向量；最后搜索逆傅里叶向量中模最大的元素，从而确定时差估计。

实施例

在本例中，设置信号接收站1、2接收信号的频点数为L＝32，相邻频点间隔为δ＝5kHz，逆傅里叶变换长度为N＝16384；信号接收站1、2接收信号的32维频谱向量分别为x₁、x₂；时差向量为

T表示向量转置；N×N阶的逆傅里叶变换矩阵为F，第m行、n列元素为

m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N；信号接收站2相对于信号接收站1的时差为-1.6582微秒。

在信号接收站1、2的接收信号信噪比为14.0dB的情况下，利用32维频谱向量通过两个信号的相关处理确定的信号接收站2相对于信号接收站1的时差估计80％的误差小于71.3纳秒；利用16维低频段频谱向量通过两个信号的相关处理确定的信号接收站2相对于信号接收站1的时差估计80％的误差小于205.6纳秒；而利用本发明的一种利用频谱主分量(16维)的低数据传输量时差估计方法，确定的信号接收站2相对于信号接收站1的时差估计80％的误差小于95.7纳秒，达到了在频谱混叠下确定时差估计的目的。

Claims (1)

1.一种利用频谱主分量的时差估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置第一信号接收站和第二信号接收站的频点数均为L，且相邻频点间隔为δ；定义第一信号接收站和第二信号接收站接收信号的L维频谱向量分别为x₁、x₂，逆傅里叶变换长度为N，补偿向量为

T表示向量转置，N×N阶的逆傅里叶变换矩阵为F，第m行、n列元素为

S2、第一信号接收站将接收到的信号频谱向量x₁分为低频段、高频段两部分：

第二信号接收站将接收到的信号频谱向量x₂也分为低频段、高频段两部分：

其中，x₁₁和x₂₁为L/2阶的低频段信号频谱向量，x₁₂和x₂₂为L/2阶的高频段信号频谱向量；

S3、第二信号接收站由低频段频谱向量x₂₁和高频段信号频谱向量x₂₂确定频谱主分量合成系数α为：

从而确定第二信号接收站的频谱主分量为：

y₂＝x₂₁+αx₂₂

将频谱主分量y₂和频谱主分量合成系数α传输给第一信号接收站；

S4、第一信号接收站在低频段频谱向量x₁₁后面填N-L/2个零之后得到x₁₁，在高频段信号频谱向量x₁₂后面填N-L/2个零之后得到

在频谱主分量y₂后面填N-L/2个零之后得到

进而确定逆傅里叶向量g为：

其中^*表示复数共轭，⊙表示向量的对应元素相乘；

S5、搜索逆傅里叶向量g中模最大的元素，确定其元素下标为：

从而得到时差估计为：