[發明專利]一種寬帶線性調頻信號的時差和尺度差估計方法

有效

• 申請號: 201710610829.7
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107271955B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 張子敬;郭付陽;楊林森;張心宇
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，特別涉及一種寬帶線性調頻信號的時差和尺度差估計方法，適用于兩顆衛星對地球表面上發射寬帶線性調頻(Linear Frequency Modulated，LFM)信號的未知雷達輻射源進行定位。

背景技術

雙星無源定位技術是指利用兩顆衛星接收雷達輻射源輻射的信號后估計兩顆衛星接收信號間的參數來定位未知的輻射源；雷達作為一種重要的探測工具，在現代戰爭中發揮著關鍵的作用，因此需要快速精確定位出對方的雷達輻射源；由于寬帶線性調頻(LFM)信號能夠保證雷達具有良好的檢測能力及和較高的距離、速度分辨率，因此在現代雷達中，寬帶LFM信號是最常見的寬帶雷達發射信號之一。

利用雙星無源定位技術對發射寬帶線性調頻LFM信號的未知雷達快速精確定位的前提是估計出雙星接收信號間的時差和尺度差，現有方法主要是通過搜索寬帶互模糊函數(Wideband Cross Ambiguity Function，WBCAF)峰值來估計時差和尺度差，WBCAF對一路接收信號進行一個尺度的伸縮再與另一路接收信號進行時域相關，當伸縮尺度與兩路接收信號間的尺度差相同時，此時的時域相關將形成寬帶互模糊函數峰值。根據該寬帶互模糊函數峰值的位置，可以獲得時差和尺度差的估計。然而，基于寬帶互模糊函數WBCAF的方法主要存在兩個問題：(一)計算寬帶互模糊函數WBCAF時需要對接收的離散信號進行伸縮，然而由于接收的離散信號解析式未知，伸縮過程的運算量過大；(二)為了獲得寬帶互模糊函數WBCAF峰值的位置，需要計算出整個模糊平面上各點處的模糊函數值，運算量較大。盡管有學者通過Sinc函數插值來快速實現對離散信號的伸縮，但是該方法用于計算寬帶互模糊函數WBCAF時需要遍歷所有可能的尺度，對接收的離散信號在每個尺度上都進行伸縮，不利于實時處理。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提出一種寬帶線性調頻信號的時差和尺度差估計方法，該種寬帶線性調頻信號的時差和尺度差估計方法利用寬帶線性調頻LFM信號的特點，先估計出雙星接收信號間的尺度差，再估計出時差。

本發明的主要思路：雷達輻射源輻射的寬帶線性調頻信號到達兩顆衛星的時刻不同，表現為雙星接收信號間存在時差；同時，雙星相對于雷達輻射源的徑向速度不同，表現為一顆衛星接收信號的波形相對于另一顆衛星接收信號的波形被壓縮或者展寬，定義第二顆衛星接收信號相對于第一顆衛星接收信號波形伸縮的比例為尺度差；當雷達輻射源輻射的信號為寬帶線性調頻信號LFM信號時，由寬帶線性調頻LFM信號的魏格納-威利分布(Wigner-Ville Distribution，WVD)可知，雙星接收到的信號間的調頻率之比等于尺度差的平方；根據這一特征，能夠分別估計雙星接收信號的調頻率以獲得尺度差的估計。

為達到上述技術目的，本發明采用如下技術方案予以實現。

一種寬帶線性調頻信號的時差和尺度差估計方法，包括以下步驟：

步驟1，確定雷達輻射源、第一顆衛星和第二顆衛星，所述第一顆衛星和第二顆衛星分別在雷達輻射源的檢測范圍內，且雷達輻射源向第一顆衛星和第二顆衛星發射寬帶線性調頻信號；令雷達輻射源向第一顆衛星和第二顆衛星發射的寬帶線性調頻信號為第一顆衛星接收的寬帶線性調頻信號為第二顆衛星接收的寬帶線性調頻信號為

步驟2，分別計算第一顆衛星接收的寬帶線性調頻信號的最優角度估計和第二顆衛星接收的寬帶線性調頻信號的最優角度估計進而計算得到兩顆衛星接收的寬帶線性調頻信號間的尺度差估計

步驟3，使用兩顆衛星接收的寬帶線性調頻信號間的尺度差估計得到兩顆衛星接收的寬帶線性調頻信號時差估計

本發明與現有技術相比具有的優點：

相對于傳統的寬帶互模糊函數WBCAF方法，本發明的核心是分級搜索出雙星接收的線性調頻LFM信號對應的最優角度以獲得尺度差的估計，并且只需要對雙星接收的線性調頻LFM信號進行一次伸縮，無需二維搜索寬帶互模糊函數WBCAF的峰值，因而計算量較小，易于實現。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明的一種寬帶線性調頻信號的時差和尺度差估計方法流程圖；

圖2是雙星接收的寬帶線性調頻LFM信號的Wigner-Ville分布(Wigner-Ville Distribution，WVD)示意圖；

圖3a是第一顆衛星接收的寬帶線性調頻LFM信號在不同角度的分數階傅里葉變換FRFT圖；