慢跳跳频信号的时差估计方法

针对慢跳速跳频信号跳带宽、采样率高数据量大的特点,提出了各跳部分数据拼接的跳频信号快速时差估计方法。同时,针对跳频信号的互相关函数存在周期副峰容易导致错误模糊估计的问题,利用先验信息或单跳信号的时差估计值作为引导值,将最终时差估计的搜索范围限定在一个周期以内,避免模糊估计的产生,有效地提高了跳频信号的时差估计 精度。仿真结果表明:在信噪比大于8 dB 时,提出的跳频信号时差估计方法能精确地估计时差,并且有效抑制周期副峰的影响。     

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。     

基于相参积累的宽带跳频信号时差和速度差联合估计方法

运动多站无源定位场景下,宽带跳频通信信号载频跳变会产生变化的多普勒频移,从而导致无法直接估计多脉冲跳频观测信号的多普勒频差,而单跳信号的时频差估计精度又不能满足定位要求。针对该问题,本文提出了一种跳频信号多脉冲相参积累的时差和多普勒速度差联合估计算法。首先对宽带跳频观测信号建立时差-多普勒速度差模型,然后对脉冲对的频域共轭积补偿相位后累加求和,最后通过代价函数的二维峰值搜索求得跳频信号时差和多普勒速度差估计值。仿真结果表明,本文所提方法相比于单跳方法和多脉冲非相参积累方法,估计精度提升显著且在中高信噪比条件下能够贴近CRLB,验证了所提方法的正确性与精度优势。     

基于倒谱域相关的时差/频差联合估计算法

提出一种基于倒谱域相关的时差/频差联合估计算法,同时估计双传感器平台接收到的2路信号中的时延分量和频偏分量。与传统的基于二(四)阶相关复模糊函数法相比,新算法借鉴时域卷积等价于频域乘积的思想,将频域卷积等价于倒谱域相关,将时差频差二维搜索问题转化为先频差、后时差的2个一维搜索问题,由此实现时差/频差的快速联合估计。     

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。     

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。     

基于模糊函数频率轴投影的CDMA信号时/频差估计

对地面辐射源的定位可以通过估计两颗卫星接收信号的时差和频差来实现。CDMA信号具有带宽大、数据长的特点,传统的时差和频差估计方法运算量大,难以实时处理。利用CDMA信号模糊函数具有图钉型的特点,对两路CDMA信号的模糊函数在频率轴上进行投影,根据投影峰值位置估计两路CDMA信号中各用户的频差,再对信号补偿频率后通过一次相关估计各用户的时差。由于模糊函数在频率轴上投影的计算可以通过若干次FFT快速实现,因此本文提出的算法相对传统的二维搜索模糊函数峰值的算法运算量显著降低。仿真结果表明,该方法能够快速精确地估计出CDMA信号中各用户的时/频差。     

LS曲线拟合下的时差估计

针对时差估计（TDE）易受噪声影响产生模糊的问题,推导了单频信号、线性调频（LFM）信号以及二进制相移键控（BPSK）信号的互相关（CC）函数表达式,以最小二乘（LS）曲线拟合细化CC函数的幅度谱,获取精确的时差估计。首先对CC函数的幅度谱进行谱峰搜索,得到时差的粗估计,然后对CC函数的幅度谱以时差的粗估计为界,根据脉内调制类型,选择相应的一次或二次曲线,进行LS曲线拟合,降低噪声项对信号项的影响,可有效排除伪峰和局部最大,获得时差的精确估计。仿真结果显示,在信噪比大于6 dB时,BPSK信号的时差估计均方根误差接近零。     

宽带无源时差尺度差联合估计算法研究

针对宽带无源定位系统中运算复杂度与估计精度之间的矛盾,提出一种频域尺度相关粗测与非线性最小二乘精测相结合的时差频差联合估计算法。该算法采用经过频域重采样改进的频域相关算法,可以在极低运算量的情况下获得时差频差的估计初值,进一步采用平均方差函数替代宽带互模糊函数,从而通过非线性最小二乘算法迭代获得时差频差的精确值。仿真结果验证了提出的算法具有估计精度高、运算复杂度低的特点。     

基于傅里叶梅林变换的宽带非线性调频信号时差/尺度差估计方法

针对宽带非线性调频信号时差/尺度差估计难题,提出一种基于傅里叶梅林变换的估计方法。首先,计算两路信号傅里叶变换,取包络消除时差影响;然后,计算两路信号频谱包络的尺度互相关函数,估计尺度差;最后,根据估计结果对第1路信号进行时间尺度,再与第2路信号进行时域相关处理估计时差。仿真结果表明,分析结论正确,所提方法可行、有效。     

高重频信号三星座时差定位研究

时差定位对于高重频雷达会产生时差模糊的现象。而脉冲配对产生的大量模糊时差,不仅降低了处理速度,还会干扰对其它信号的时差提取和信号分选处理。本文提出了一种新方法,很好地解决了信号处理和正确定位的问题。     

线性调频信号时/频差估计算法

提出了一种新的快速估计线性调频信号时/频差的算法.该算法将抽取的自模糊函数与Radon变换结合估计线性调频信号的调频率, 通过分数阶傅里叶变换估计出模糊函数脊线与频率轴交点位置, 应用解调频沿脊线搜索模糊函数峰值.对于接收信号中存在多分量的情况, 根据其模糊函数脊线位置的不同, 该算法能够分辨各分量信号, 并分别精确估计出各分量的时/频差.由于只需一维搜索模糊函数峰值, 并可用快速傅里叶变换实现, 该算法大大减少了运算量.仿真实验表明, 随着信噪比的提高, 该算法估计的时/频差均方误差逐渐逼近克拉美-罗下界.     

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.     

基于尺度变换的宽带线性调频信号时差/尺度差估计算法

提出了一种基于尺度变换的宽带线性调频信号时差和尺度差的快速算法.根据两路接收到的线性调频信号间调频率之比为尺度差的平方的特点,利用分数阶傅里叶变换分别估计出两路信号的调频率,即可获得尺度差的估计.将估计的尺度差对一路信号进行伸缩,并计算伸缩后信号与另一接收信号的时域相关,根据相关峰的位置估计出时差.相比于传统基于宽带互模糊函数的方法,该方法避免了二维搜索宽带互模糊函数的峰值,只需若干次快速傅里叶变换即可实现,能够显著降低运算量.仿真结果显示该方法在高信噪比下逐渐接近克拉美-罗下界.     

双星系统对雷达无源定位的可行性分析

双星无源定位系统对地海面雷达辐射进行定位时,存在脉冲信号频差参数提取的模糊问题。提出了一种基于虚拟双星的双时差粗定位方法,可有效解决频差测量的模糊,再结合时差/频差联合定位方法,分析了双星系统对雷达辐射源无源定位的可行性,给出了一些有用的结论。     

利用测向信息消除高重复频率信号的时差定位模糊

该文针对三星时差定位系统对高重复频率信号的定位模糊问题,提出在主星增加干涉仪测向并结合测向信息解模糊的思路。由于干涉仪本身有可能出现测向模糊,进一步提出了根据模糊测向信息解时差定位模糊的方法,其在无测向模糊时同样适用。该方法定义了时差定位点的距离参数,通过对其做门限检测去除虚假时差定位点,从而有效地减少了模糊定位点数量,改善了对高重频信号的定位模糊问题。     

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.     

双星时差频差定位体制在频域混叠电磁环境下的应用

现代战场电磁环境复杂,不同类型电磁信号在时频域碰撞混叠,现有常规侦察手段对此类信号的定位应用受到严重制约。双星时差频差定位体制通过互模糊函数求解信号到达时差和频差,分离频域混叠信号并获得高达公里量级的定位精度,非常适合于复杂电磁环境下的应用。通过求解模糊函数的方法分析了时差频差体制对频域混叠信号的分离和定位能力,然后结合美航母编队及其电磁环境构成,探讨了这一能力在监视航母编队,尤其是跟踪识别编队个体成员的具体应用。仿真与分析结果证明了双星时差频差定位体制的优势,对于天基侦察系统的建设具有重要意义。     

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。     

跳频编码脉冲信号模糊图的绘制

跳频编码脉冲信号是一种新的脉冲压缩雷达信号形式，极具研究价值。模糊函数是设计和研究雷达信号的主要数学工具。跳频编码脉冲雷达信号模糊函数的计算十分复杂，模糊图绘制非常困难。通过运用模糊函数的卷积算法，应用Matlab语言简便快捷地计算并绘制了三维模糊图、Fd切面图、Td切面图和模糊度图，并给出了绘制方法。