[發明專利]基于壓縮傳輸的TDOA估計方法

在審

• 申請號: 201910057761.3
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109669157A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 鮑丹;蔡晶晶;錢奔奔;武斌;秦國棟;劉高高;李鵬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06;H04L29/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種基于壓縮傳輸的TDOA估計方法，主要解決現有定位方法依賴于原信號重構且運算效率低，在帶寬有限和低信噪比的條件下穩健性差和估計效率低的問題。其方案是：通過分組壓縮的思想，設計壓縮矩陣，對接收設備獲取到的目標信號進行信號壓縮；對壓縮后的信號進行頻域變換，得到頻域信號和轉換矩陣；由頻域信號和轉換矩陣，計算DFT系數算子和延遲矩陣；通過DFT系數算子和延遲矩陣，構建最小化差異函數，并求解該函數得到目標信號延遲的估計值。本發明能避免重構原信號的冗余操作，減少了傳輸帶寬占用率，提高了估計效率和穩健性。可用于空中運動中的飛機、衛星、無人機等目標進行無源定位。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及一種TDOA估計方法，可用于空中運動中的飛機、衛星、無人機等目標進行無源定位。

背景技術

在多站無源定位過程中，多站的天線會截獲地面設置的雷達或者通信設備等目標發出的電磁信號。到達時間差TDOA定位是一種利用時間差進行多站定位的方法。通過測量信號到達監測站的時間差，可以確定目標的距離。傳統TDOA定位方法通常需要將奈奎斯特采樣信號完整地傳輸回中心站，在帶寬有限的條件下，將會占用較大部分的帶寬。為了減少帶寬占用，引入信號壓縮的思想，壓縮傳輸過程中的信號。由于壓縮傳輸不滿足時間等間距性，所以傳統的方法在計算目標信號時延差前一般需要重構壓縮前的原始信號，這將大大增加了計算的復雜程度。

陳墩金等在2016年申請的專利“一種基于壓縮感知和近鄰差值比較的室內定位方法”中提出，首先構建室內網格地圖,通過錨節點采集未知節點信號強度,將采集到的信號強度值構成壓縮采樣向量,再通過基追蹤重構算法準確恢復出原信號,最后使用RSSI差值比較法,獲取未知節點的精確定位。

田子建等在2017年申請的專利“基于壓縮感知子空間重構的TOA礦井目標定位方法”中，提出通過在基于TOA礦井目標定位方法中引入壓縮感知子空間重構,使得感知節點采樣數據量減少的情況下,也能夠進行目標的精確定位。

上述兩種方法在定位前都需要通過重構算法恢復出原信號，即引入了信號重構的步驟，增加了系統的計算量和復雜度。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于壓縮傳輸的TDOA估計方法，以降低帶寬占用率，減少TDOA定位的計算量和復雜度，提高了對目標進行定位的效率。

本發明的技術方案是，通過設計壓縮矩陣，對觀測平臺獲取到的信號，進行壓縮處理，然后再通過數據鏈路傳輸到中心站；中心站通過構建壓縮信號的頻域離散傅里葉變換模型和求解時延的最小差異函數進行數據處理；最后通過波谷搜索，找到匹配的時延信息。其實現步驟包括如下：

(1)設計壓縮矩陣，對接收設備獲取到的目標信號進行信號壓縮：

(1a)利用分組壓縮的思想，推導出壓縮矩陣A，該壓縮矩陣A的第m行第k列元素值A_m,k表示如下：

式中，q_m＝rand(Q)-1，M表示壓縮后信號序列長度，N表示壓縮前接收機接收信號長度，定義壓縮倍數Q＝N/M，rand(Q)是隨機函數，能夠生成1～Q之間的隨機數字；

(1b)通過壓縮矩陣A對目標信號s_i進行時域壓縮，得到壓縮信號y_i；

(2)對壓縮信號y_i進行頻域離散傅里葉變換DFT，得到頻域信號Y_i和轉換矩陣H；

(3)根據頻域信號Y_i和轉換矩陣H估計接收信號s_i的時延τ：

(3a)根據步驟(2)得出的Y_i和H，得到DFT系數DPC算子U(p)和延遲矩陣g(p,τ)：