时差频差联合估计算法研究

研究了基于双传感器观测数据的二阶统计量和高阶统计量的复模糊函数到达时差／频差(TDOA／FDOA)同时估计算法 CAF-SOS、CAF-HOS。研究发现,CAF-SOS 在通常情况下估计精度较高,但不能对付色噪声,即对传感器噪声间的相关性比较敏感。而 CAF-HOS 则可以对付服从高斯分布的色噪声,但付出的代价是数据收敛性能慢,计算负担较大。为了解决计算效率问题,进一步研究了一种基于二阶统计量的二维处理方法(SD-MOM),将搜索范围由平面降为2条直线,因而总体计算成本得到明显改善。但该方法的缺点是不能处理色噪声,为此提出了一种基于累积量运算的分维估计方法(SD-CUM)。     

CDMA信号时差频差联合估计算法研究

针对CDMA信号时域频域同时重叠的特征,分析了不同用户的时差分布对互模糊函数计算的影响,总结了直接互模糊相关法的不足之处。在此基础上,提出了一种解扩后互模糊相关算法,并将其与直接互模糊相关算法进行性能比较,推导了解扩后互模糊相关对信噪比的改善值。仿真结果验证了解扩后互模糊相关算法具有抑制其他用户干扰和改善输出信噪比的优点。     

基于互模糊函数的快速时差频差联合估计

针对无源定位中的时差频差联合估计问题,利用内积公式推导出了基于互模糊函数的时差频差联合估计公式,并提出了相应的快速实现算法。其中通过适当变换互模糊函数计算公式,将传统的二维时差频差搜索算法变为对信号内积进行快速傅里叶变换,然后对变换后的数据进行二维搜索,大大提高了时差频差联合估计的速度,降低了运算量。通过重构离散傅里叶变换项,并进行近似,进一步降低了运算量。仿真结果说明,两种算法都能得出准确的结果,改进的算法计算时间更少。     

基于累积量的时差频差联合估计算法

介绍了无源定位中二阶累积量和高阶累积量的时差频差联合估计（TDOA/FDOA）算法,分析了噪声相关性对二阶累积量和四阶累积量的时差频差联合估计算法的影响。仿真结果表明,这一方法是切实可行的。     

一种模糊函数时频差联合估计快速算法

直接相关时延估计方法仅适用于接收站和辐射源都相对静止的情况,若接收信号存在多普勒频差则会严重影响时差(TDOA)估计精度,为解决相关时延估计方法的局限性,采用基于模糊函数的时频差联合估计方法,并针对模糊函数计算量巨大的问题,提出一种变时频分辨率峰值搜索方法。利用GPU并行计算架构实现来实现算法,以提高算法效率,加快算法收敛速度。仿真试验结果表明了算法的有效性。     

窄带跳频信号的无模糊时差估计算法

针对跳频信号的高精度时差估计问题,分析了跳频信号相关函数的模糊特性,提出了基于多跳相干积累的跳频信号时差估计方法.多跳相关函数中存在周期副峰,将导致时差估计出现周期模糊,提出了两种消除模糊的方法——单跳时差平均法与相关函数包络拟合法.两种方法获得的时差粗值可以确定在相关主峰附近小范围精确搜索的搜索区间,在此区间内进行时差估计可以消除周期模糊.单跳时差平均法通过对单跳时差估计进行非相干平均获得时差粗值.相关函数包络拟合法通过搜索到的多个周期峰值,进行包络拟合获得时差粗值.仿真表明,两种算法性能明显优于常规的互模糊函数法,均能降低无模糊时差估计对相关输出信噪比的要求,提高无模糊时差估计所要求的频率间隔.相关函数包络拟合法性能更优,但运算量更大.     

三机时差频差联合定位算法

针对平面三机对辐射源定位的场景,提出2种基于牛顿迭代法的定位方程组求解算法:平均处理算法和最小二乘迭代算法。通过仿真数据验证2种算法的有效性,并比较2种算法的优劣,发现平均处理算法更有利于解决定位模糊,最小二乘迭代算法更有利于提高定位精度,提出2种算法联合的解算思路。提供仿真数据,说明定位精度随三机布局方式的变化,得出结论:在保持副机到主机距离不变的情况下,三机在同一直线航迹上时具有全局最高定位精度。     

多站时差和多普勒频差联合定位技术

讨论了多站时差（TDOA）和多普勒频差（FDOA）无源定位技术,并将时差定位与多普勒频差定位结合起来,提出了对运动目标的时差-多普勒频差联合定位思想。仿真结果表明,这一方法是可行的。     

一种基于谱相关特性的时差估计方法

在现代无线电侦查所处的环境中,信号数量多,且复杂密集,通常会有多个信号同时进入接收机带宽范围。进入接收机的很多信号是循环平稳信号,循环平稳信号的谱相关特性具有选择信号的能力。基于循环平稳信号的谱相关特性,研究了一种可以对多信号进行时差估计的方法。理论分析和仿真验证表明,在多信号环境下,该方法可以准确估计各个循环平稳信号...     

三机时差频差联合定位精度分析

从时差频差联合定位方程组出发,基于牛顿迭代法求解定位结果,并从理论上分析定位误差,说明时差频差联合定位的特点。考虑到双机时差频差定位中固有的定位结果模糊和定位精度不高2个问题,提出三机联合定位,通过飞机的两两组合消除定位结果模糊,并通过数据融合提高定位精度。通过仿真验证三机定位相对于双机在解定位模糊和精度方面要优于双机定位。     

基于四阶互模糊函数的TDOA/FDOA参数估计研究

针对二阶互模糊函数在相干高斯噪声环境下会出现较大的噪声相关峰值,影响TDOA/FDOA参数正确估计的问题,利用高阶积累量对高斯噪声的不敏感特性,研究基于四阶互模糊函数的TDOA/FDOA参数估计方法,对该方法的参数估计过程进行了详细的理论分析,并针对二阶与四阶互模糊函数两种参数估计方法进行了对比仿真。仿真结果表明,基于四阶互模糊函数的TDOA/FDOA参数估计方法能有效克服噪声的相关性,但对噪声敏感,存在一定的理论研究价值。     

位置线误差的时/频差联合定位性能研究

就双星时差/频差联合定位问题,引入了位置线误差的概念,通过梯度理论计算时差位置线误差和频差位置线误差的分布,对时差位置线误差和频差位置线误差以及联合定位性能进行了定性和定量分析,推导了双星系统下时差频差联合定位精度与参数位置线误差和位置线交角之间的计算关系式。并结合仿真分析了参数测量误差和位置线交角对时差频差联合定位精度的影响。     

基于G-N迭代的双星时频差定位融合算法

双星时差(Time Difference of Arrival, TDOA)频差(Frequency Difference of Arrival, FDOA)定位系统在过顶期间可多次截获到辐射源信号并进行定位,将不同时刻观测的多组时差频差和高程信息融合可以提高定位精度。本文算法将辐射源高程信息建模为双星时差频差定位融合的观测量之一,并提出了一种基于高斯-牛顿(Gauss-Newton, G-N)迭代的双星时差频差定位融合算法。最后通过实验仿真将本文所提算法与理论最优单次定位结果、直接平均和加权平均等位置合批处理方法进行比较,实验结果表明本文算法相较于其他位置合批处理方法具有更优越的性能。     

三站时差频差定位精度分析

利用辐射源信号到达多个平台的到达时差信号和到达频差信号对辐射源进行定位,建立定位模型并计算几何精度因子(GDOP)。基于三站定位的平均处理方法,计算出GDOP 的合理区间。仿真结果表明:在GDOP 的合理区间,三站定位精度明显优于双站定位精度。     

用于双星时差频差定位体制的宽频接收机设计

针对双星时差频差定位体制要求,提出了一种宽频带接收机设计方法。介绍了整机架构设计方案和模块划分方法。重点阐述了影响双星时频差体制定位精度的关键指标:时延差一致性、频率差一致性、幅度差一致性的工程实现方式及各项技术指标的加速老化试验方式。接收机测试结果表明,接收机时延差一致性优于1.54 ns、频率差一致性优于1 Hz、幅度差一致性优于0.5 dB。并通过老化试验验证接收机指标变化情况满足在轨5年实际工程应用需求。     

Moving‐Target Tracking Based on Particle Filter with TDOA/FDOA Measurements

In this letter, we propose a moving‐target tracking algorithm based on a particle filter that uses the time difference of arrival (TDOA)/frequency difference of arrival (FDOA) measurements acquired by distributed sensors. It is shown that the performance of the proposed algorithm, based on the particle filter, outperforms the one based on the extended Kalman filter. The use of both the TDOA and FDOA measurements is shown to be effective in the moving‐target tracking. It is proven that the particle filter deals with the nonlinear nature of the moving‐target tracking problem successfully.     

基于CZT的多子带信号时差估计方法

针对稀疏多子带信号多子带综合时差估计难,高分辨时差估计计算量大的问题,提出了一种基于线性调频Z变换(CZT)的稀疏多子带信号融合的快速高分辨时差估计算法。该方法通过CZT对各子带信号的互谱进行高分辨的谱分析得到各子带信号的高分辨互相关函数,通过分析各子带互相关函数的相位关系实现各子带互相关函数的相参积累。相比传统广义互相关算法,该方法在实现多子带相参积累的同时,大大降低了计算量。仿真结果表明:提出的基于CZT的多子带融合快速时差估计方法能精确地估计时差,相比单子带信号的时差估计性能可以获得明显提升。     

A joint TDOA and FDOA estimation algorithm based on second-order cone programming

ABSTRACT

Considering the low estimation accuracy of the traditional interpolation method, this paper, on the basis of second-order cone programming (SOCP), proposes a novel joint time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA) estimation interpolation method, which can attain the sub-sample precision. The proposed method uses several discrete samples produced by cross ambiguity function (CAF) to structure the convex optimization models with regard to the interpolation surface. Then, the SOCP is utilized to obtain the interpolation surface which matches the discrete surface of CAF well. Finally, the method achieves the precision superior to the traditional TDOA and FDOA estimation directly through the search for the maximum of the continuous approximate surface. This method decreases the computational load without loss of precision and can efficiently reduce the limitation of finite sampling interval and sampling time in estimation precision. Numerical simulations show that the method in this paper is efficient and outperforms existing interpolation algorithms about estimation precision.