高精度时差／频差测量在双站定位中的应用

对双站时差/频差定位系统进行了理论分析并推导了定位误差几何稀释精度(GDOP)的表达式,针对雷达信号提出了基于相位内插法高精度测时差和相参脉冲积累法高精度测频差的新方法及实现途径,分析了影响测量精度的因素,实验室仿真及测试结果表明:文中2种方法对应的时差及频差的测量精度可达到纳秒及赫兹量级,可以满足双站高精度定位的要求.     

基于大频差双频激光的发动机叶尖间隙测量技术

针对发动机叶尖间隙测量的复杂应用环境和高精度 要求,设计了基于大频差双频激光的叶尖间隙测量方案和系统。 依据相位法激光测距原理,选用大频差双频激光获得高频调制信号,采用光纤传输,设计了 高频弱光信号处理系统,采用全 相位傅里叶变换得到测量光路和参考光路的相位差,进而反算间隙。测量模型分析表明,系 统的精度主要由鉴相精度和测 尺精度决定,而与叶片、电磁干扰等大部分环境因素无关,可实现静态、动态标定和测量。 解决了非接触高速旋转叶片叶尖 间隙测量中无法动态标定和恶劣环境下众多噪声干扰等问题。系统测距精度为34.26μm,相位差标准差为0.257 。     

跳频信号互模糊函数相参积累时差和速度差估计方法

在运动多站定位场景下，宽带跳频通信信号的载频跳变会产生变化的多普勒频移，因此无法直接利用跳频信号的多个不同脉冲估计多普勒频率差，若仅估计单个跳频脉冲的时频差，则精度低而无法满足定位要求。针对此问题，提出了一种基于互模糊函数相参积累的宽带跳频信号时差和多普勒速度差估计方法。首先将宽带跳频信号的多普勒效应差建模为多普勒速度差，从而无需对多普勒频差进行估计，避免载频跳变对多普勒效应差估计造成影响，并建立了时变时差的时差和速度差信号模型。然后对各单跳信号的互模糊函数进行相位补偿以实现相位对齐，通过对相参积累后的互模糊函数进行时差和速度差的二维峰值搜索，可以得到多跳频脉冲信号初始时刻时差和速度差的相参估计结果。最后以Link16数据链信号为例对算法进行了仿真实验，验证了算法的正确性与精度优势。     

长时间相干累积算法研究

依据现有双星时差频差无源定位体制的原理和特征,针对长时间积分条件下的时差频差联合估计问题,分析了到达时差与到达频差随时间的变化规律及其对互模糊函数计算的影响。综合采取滑动时延调整和相位补偿措施,跟踪时差的线性变化,并抵消时延滑动引起的相位跳变,实现长时间积分下的相干累积。提供了详细的理论依据和仿真结果,说明了改进后的算法在提高互模糊函数的相关输出信噪比,增强微弱信号检测能力的优势。     

基于TDOA/FDOA相位条纹的高精度GPS信号跟踪方法

针对传统GPS接收机跟踪环路结构复杂,以及在低信噪比(SNR)、高动态条件下跟踪性能较差的问题,该文提出一种基于相位条纹斜率检测的跟踪新方法。通过采用到达时差(TDOA)的频域相位测量伪码时延,到达频差(FDOA)的时域相位测量载波多普勒频偏。该方法降低了环路实现的复杂度,同时提高了跟踪精度。仿真结果验证了该方法的有效性和稳定性,在载噪比为32 dB-Hz时,相比传统方法,基于TDOA/FDOA相位条纹法的码相位测量精度提高了60%,载波多普勒测量精度提高了31%,且在高动态环境中也能实现精确跟踪,对改善GPS接收机跟踪性能具有研究意义。     

低频相位测量系统的研究与实现

文章介绍了低频相位测量系统的设计与实现方法,提出了以单片机最小系统和复杂可编程逻辑芯片为核心的电路设计模型。系统由相位测量仪和数字式移相信号发生器组成:相位测量仪基于相关计数法测量原理,实现对双路同频信号的相位差、频率测量;数字式移相信号发生器基于DDS频率合成技术,产生相位差、频率可程控的双路同频信号。低频相位测量系统实现双路信号的产生和测量功能,并可实时显示测量值,整个系统达到很高的精度指标。     

一种仅基于时差测量的运动单站无源定位方法

在相移与频移之间函数关系的基础上,利用相差与时差定位方程对路程差测量的相等性导出了基于时差测量的多普勒频移表示式,由此即可将从多普勒方程中所导出的基于多普勒频移测量的运动单站无源测距公式转化为仅基于时差测量的运动单站无源测距公式。误差分析表明,和基于频移的测距方法相比,基于时差测量的运动单站无源测距方法呈现出较好的测量精度,只要平台的移动距离大于数千米,即可实现相对测距误差小于5%R的技术要求。     

基于多普勒频差的无源雷达测速精度分析

为了提高无源雷达系统的测速精度,研究了基于多普勒频差的速度测量.利用典型航线的仿真试验结果表明,相比传统的位置差分测速,基于多普勒频差测速性能有较大提高.同时,给出四站时差系统的测速精度理论推导,并且仿真分析Y型布站时,不同多普勒频差测量误差情况下的速度精度分布规律.仿真结果为无源雷达系统设计和应用提供了理论依据.     

一种基于短合成孔径的双星干涉精确定位方法

双星TDOA/FDOA联合定位通过时差曲面和频差曲面进行定位,定位的精度受时差/频差测量精度的影响。针对精确测量时差/频差的需求,该文提出一种基于短合成孔径的双星干涉测量时差/频差的方法,利用一定长度的合成孔径提高测量精度。对于窄带信号,该方法有估计单星多普勒频率的能力,通过两颗卫星单独估计的结果得到频差;对于宽带信号,通过双星数据干涉可以获得频差的高精度估计。对于短期稳定的雷达信号,STK仿真数据的处理结果证实了该方法在大范围内可以实现1 km的定位精度。     

星载时差定位中的时差测量技术

时差定位是一种定位精度较高的定位方法。星载平台上受空间尺寸的影响,基线长度有限,这样星载时差定位的精度主要与时差测量的精度的有关。本文主要研究基于相位法的时差测量的技术和影响其测量精度的因素。本文首先介绍了相位法测时差的原理,给出了实现框图, 详细分析了影响其测量精度的因素,仿真了 AD 有效量化位数对于测时差的影响。理论分析和仿真结果都显示出,提高 AD 的有效量化位数可提高精度,实现皮秒级的时差测量精度。     

基于循环二次相关的时延估计

针对无源定位中时延估计的问题,在研究循环二次相关时延估计算法的基础上,结合希尔伯特差值时延估计算法,提出了一种新的时延估计方法。该方法运用希尔伯特差值法对循环二次相关峰值进行锐化处理,提高了时延估计精度,能在低信噪比条件下取得更好的时延估计性能。仿真验证了算法的有效性。     

短波时差定位中电离层参数对定位影响仿真

在短波波段,由于电离层反射传播,电波传播路径与实际地面距离存在较大差异,传统时差定位方法不再适用.文章提出一种基于电离层射线追踪技术的时差定位技术,在此基础上,仿真分析了电离层参数对定位精度的影响.结果表明:在准确获取电离层信息情况下,本方法可准确定位目标;电离层测量误差对定位精度影响较大;站点增加可提高定位精度,降低对电离层参数获取精度要求.仿真结果为短波时差定位系统研制以及电离层参数获取精度要求提供了理论依据.     

基于TDOA的短基线测向精度分析与仿真

根据TDOA短基线测向原理,分析了影响其测向精度的因素,包括基线长度、基线长度测量误差、时差测量值和时差测量精度,并进一步研究了不同时差测量法下,影响时差测量精度的因素。在此基础上,对各因素造成的测向精度变化大小进行了仿真研究,得出提高短基线测向方法测向精度的结论,指出该测向方法的适用范围。     

基于多重相关的电信号相位差测量新方法

该文研究了一种基于多重相关的电力信号相位差测量方法,利用正弦信号的特性,对采集的一路有限的离散信号做多重自相关运算,得到多重自相关函数,构建了频率不变的参考信号,并与两路电信号的互相关函数再进行互相关运算,得到相位差的解析表达式。分析了信噪比、采样点数,AD量化位数、谐波分量、直流干扰对测量精度的影响,实验和理论表明该文算法对谐波,直流分量,噪声具有明显的抑制能力,在电网频率波动的情况下仍然适用,而且算法简单,物理意义明确,在工程上有一定的实用价值。     

A new TDOA estimation method in Three-satellite interference localisation

Time difference of arrival (TDOA) parameter estimation is the key to Three-satellite interference localisation. Therefore, in order to improve the accuracy of Three-satellite interference location, we must estimate the TDOA parameter accurately and effectively. Based on the study of wavelet transform correlation TDOA estimation algorithm, combining with correlation and Hilbert subtraction method, we put forward a high precision TDOA estimation method for Three-satellite interference location. The proposed algorithm utilises the characteristics of the zero-crossing point of Hilbert transform method corresponding to the correlation peak point of correlation method, using correlation function of wavelet transform correlation method minus the absolute value of its Hilbert transform, to sharpen peak point and improve the TDOA estimation precision, so that the positioning is more accurate and effective.     

基于FPGA的高精度相位差测量算法实现

首先介绍了两种高精度相位差测量算法,一种是基于直接数字频率合成（DDS）的相关测量法,另一种是基于快速傅里叶变换（FFT）的FFT测量法。其次,通过理论仿真分析两种算法在不同信噪比和数据长度下的性能,并在此基础上给出了硬件平台的设计方案。最后,基于高性能的FPGA芯片XC5SX95T,搭建了硬件实验平台,完成了两种相位差测量算法的硬件实现。经过实测,该硬件平台能够达到良好的相位差测量精度。     

基于多重分选的脉冲配对时差检测

大基线时差定位具有定位快、精度高的优点,但大基线各定位站接收到的脉冲序列之间的时延变大,各基线时差测定的难度增加,因此如何准确实现各基线之间脉冲序列配对成了大基线时差测定的关键。在分析时差定位原理的基础上,研究了时差定位中相同序列脉冲多重分选及检测方法,分析了非周期脉冲重复间隔（PRI）和具有骨架或固定PRI对脉冲配对模糊性,给出一种基于多重分选的脉冲序列的分选配对方法,并针对模糊性进行定量分析,说明该脉冲序列多重分选配对方法在时差定位中的有效性。     

城区时间差测量模型与校准分析

在射频传感网短基线时差定位(Time Difference of Arrival, TDOA)中, 到达时间差的测量是一个重要问题.时间差的测量精度除了受到测量接收机本身系统频响特性影响外, 城区无线电波传输环境是影响时差测量精度的重要因素.本文对影响时差测量精度的系统测量误差、城区非视距传播引起的误差进行了理论分析, 给出了测量误差的类高斯概率分布模型, 提出采用校准源提高时差测量精度的方法并验证了该方法的合理性.     

相位噪声对时差估计的影响分析

在到达时间差(TDOA)测量中,两异地接收站所配备的本振都会存在相位噪声,该相位噪声会影响时差测量的性能。该文分析了相位噪声对经典的互相关法时差估计无偏性的影响,同时推导了仅考虑相位噪声时TDOA估计精度的克拉美罗下限(CRLB)。并进一步得到了相位噪声与加性噪声都存在时的CRLB及其相对于加性噪声环境下的CRLB退化系数。仿真结果验证了理论分析的结果。