[發(fā)明專利]高低軌雙星高時(shí)變接收信號(hào)的時(shí)頻差估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710148696.6
• 申請(qǐng)日: 2017-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN106908819B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝本建;張冕;李贊;司江勃;萬鵬武;趙越
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);西安中電科西電科大雷達(dá)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01S19/42
• 分類號(hào): G01S19/42
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

一種高低軌雙星高時(shí)變接收信號(hào)的時(shí)頻差估計(jì)方法，針對(duì)高低軌雙星無源被動(dòng)定位系統(tǒng)中時(shí)頻差TDOA/FDOA估計(jì)誤差大及運(yùn)算量大的問題，使用采集兩段時(shí)間長(zhǎng)度相等的數(shù)據(jù)，估計(jì)頻差FDOA變化速率，精確計(jì)算出采集數(shù)據(jù)開始時(shí)刻的時(shí)差TDOA和頻差FDOA的估計(jì)值。其實(shí)現(xiàn)過程是：(1)采集兩段時(shí)間長(zhǎng)度相等的數(shù)據(jù)；(2)對(duì)時(shí)頻差TDOA/FDOA進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)；(3)計(jì)算采集數(shù)據(jù)的開始時(shí)刻的頻差FDOA和時(shí)差TDOA估計(jì)值。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高低軌雙星無源被動(dòng)系統(tǒng)中，時(shí)差TDOA和頻差FDOA高時(shí)變接收信號(hào)的時(shí)頻差TDOA/FDOA快速精確估計(jì)，且具有較好的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及衛(wèi)星通信對(duì)抗技術(shù)和衛(wèi)星信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域中的一種高時(shí)變接收信號(hào)的時(shí)頻差TDOA/FDOA聯(lián)合快速估計(jì)方法。本發(fā)明可用于通過高低軌兩顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)面向信號(hào)源被動(dòng)定位的TDOA/FDOA的估計(jì)。

背景技術(shù)

目前，TDOA和FDOA相結(jié)合的無源被動(dòng)定位方法已經(jīng)應(yīng)用于美國TLS2000、SATID等衛(wèi)星定位服務(wù)平臺(tái)。由于兩顆衛(wèi)星的運(yùn)行軌道和位置的不同，目標(biāo)信號(hào)發(fā)射源到達(dá)兩顆衛(wèi)星的距離不同，故信號(hào)到達(dá)兩顆衛(wèi)星的時(shí)間存在先后，同一信號(hào)到達(dá)高低軌衛(wèi)星的時(shí)間差值在此被稱為信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(Time Differences of Arrival,TDOA)。同時(shí)，高軌衛(wèi)星相對(duì)于地面目標(biāo)信號(hào)近似為相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，而低軌衛(wèi)星相對(duì)于目標(biāo)信號(hào)發(fā)射源作非勻速的高速運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)信號(hào)到達(dá)高低軌雙星的徑向速度差引起高低軌衛(wèi)星接收到同一信號(hào)的載波頻率不同，這種載波頻率差在此被稱為信號(hào)到達(dá)頻率差(Frequency Differences ofArrival,FDOA)，F(xiàn)DOA的存在會(huì)引起低軌衛(wèi)星接收信號(hào)的包絡(luò)壓縮或展寬，進(jìn)而造成高低軌衛(wèi)星兩路信號(hào)的包絡(luò)不完全一致，從而引起TDOA的高時(shí)變性；而目標(biāo)信號(hào)到達(dá)高低軌雙星的徑向速度差的變化速度則會(huì)引起FDOA的高時(shí)變性。用傳統(tǒng)例如基于互模糊函數(shù)的TDOA和FDOA估計(jì)方法來估計(jì)這種高時(shí)變性信號(hào)的TDOA和FDOA會(huì)產(chǎn)生較大誤差，進(jìn)一步會(huì)造成TDOA和FDOA相結(jié)合無源被動(dòng)定位中定位不準(zhǔn)確的問題。

楊宇翔等人在其發(fā)表的論文“高低軌雙星定位中的時(shí)變時(shí)頻差參數(shù)估計(jì)”(信號(hào)處理,2012,28(10):1465-1474.)中提出一種基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)臅r(shí)變時(shí)頻差參數(shù)估計(jì)方法。該方法認(rèn)為，信號(hào)源到高軌、低軌衛(wèi)星的徑向距離差隨時(shí)間變化近似滿足勻加加速運(yùn)動(dòng)，將信號(hào)參數(shù)補(bǔ)償方法和互模糊函數(shù)方法結(jié)合，能夠有效消除運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響。但是，該方法的不足之處在于，若沒有任何先驗(yàn)信息，需要高低軌雙星體制獨(dú)立完成定位時(shí)，涉及TDOA、運(yùn)動(dòng)參數(shù)徑向速度差及其變化速度的三維搜索。因此，該方法的運(yùn)算量大，時(shí)效性較差。

中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所在其申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)“雙星時(shí)差/頻差聯(lián)合定位的方法及裝置”(公開號(hào)：101915928A，申請(qǐng)?zhí)枺?01010227616.4，申請(qǐng)日：2010年7月14日)中公開了一種雙星TDOA/FDOA聯(lián)合定位的方法及裝置。該方法首先利用互模糊函數(shù)方法粗估計(jì)出TDOA/FDOA，在粗估計(jì)出的FDOA兩側(cè)進(jìn)行精細(xì)估計(jì)，最后在粗估計(jì)出的TDOA兩側(cè)范圍內(nèi)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值后再進(jìn)行TDOA估計(jì)以提升TDOA估計(jì)的精度。該方法存在的不足之處是，僅能對(duì)TDOA和FDOA的大小是固定的信號(hào)進(jìn)行精細(xì)準(zhǔn)確的快速估計(jì)，但是在實(shí)際的雙星無源被動(dòng)定位系統(tǒng)中TDOA/FDOA都是隨時(shí)間變化的，并不是固定的大小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出了一種高低軌雙星高時(shí)變接收信號(hào)的時(shí)頻差估計(jì)方法。本發(fā)明利用高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的時(shí)差TDOA和頻差FDOA快速精確估計(jì)，解決了由于多普勒頻移大且變化速度快而導(dǎo)致時(shí)頻差TDOA/FDOA估計(jì)誤差大的問題，解決了利用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法時(shí)運(yùn)算量大和時(shí)效性低的問題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是，在到達(dá)距離差近似滿足勻加加速運(yùn)動(dòng)的結(jié)論基礎(chǔ)上，通過將頻差FDOA變化速率的估計(jì)和互模糊函數(shù)估計(jì)方法相結(jié)合，給出高低軌雙星高時(shí)變接收信號(hào)的時(shí)頻差TDOA/FDOA快速估計(jì)方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體步驟如下：