CN107807374A - 一种时变参数估计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种种时变参数估计方法及系统，在该方法中对第二路信号进行加速度补偿，并对加速度补偿后的信号进行时变参数估计，因此通过该方法可以在目标匀加速的情况下，减少DTO以及DFO的误差，经过本算法的测量，通过上述的方法至少可以减少21.5％的DTO误差以及32.1％的DFO误差。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种时变参数估计方法及系统。
背景技术
双星/三星定位流程主要分为前端信号处理、参数估计、定位方程求解几个步骤。双星/三星定位广泛应用于卫星干扰源定位、失事船舶/飞行器搜救等场景。
如图1中示意，目标信号经过不同卫星反射到地面接收站，由于经过的路径不同，则两路信号有延时(DTO)；又由于卫星和目标有相对的径向移动，而两颗卫星相对目标的径向运动速度不一样，则两路信号产生的频偏不同，其差值为频差(DTO)。已知接收站坐标、两颗卫星坐标、卫星运动参数，则可以建立方程求解目标坐标，实现目标定位。
目前常见的参数估计模型都是基于目标匀速运动场景，如图1所示为现有技术中参数估计流程，该方法包括：
S1、根据DTO搜索范围确定循环次数；
根据设定的时差搜索范围计算该方法的总循环次数，该循环次数表征此次运算开始至结束的循环次数。
S2、第i次循环，对第二路信号循环位移i个采样点；
S3、将移位后的第二路信号与第一路信号对应点相乘相加；
S4、对乘加结果进行傅里叶FFT变换；
S5、寻找m个点中FFT结果的最大值，记录其峰值Ai以及最大值的位置k；
S6、计算第i次循环对应时差dto(i)、dfo(i)，其中，dto(i)＝i*fs，dfo(i)＝k*fs/m i为循环次数，fs为数据采样率；
S7、判断本次循环次数i是否大于等于总循环次数n，若是，则执行S8，若否，则返回执行S2；
S8、在所有峰值Ai中确定出最大值，该峰值对应的dto(i)、dfo(i)即为最终DTO、DFO。
上述的流程针对是目标为匀速运动的场景，但是在实际情况下目标大多不满足以上假设。计算模型与实际不符，这样造成对DTO以及DFO的计算误差较大。
发明内容
本发明实施例提供了一种时变参数估计方法及系统，用以解决现有技术中非匀速运动场景中DTO以及DFO的计算误差较大的问题。
其具体的技术方案如下：
一种时变参数估计方法，所述方法包括：
步骤1、根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，其中，n为大于等于1的正整数；
步骤2、根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，得到补偿后的第二数据；
步骤3、根据预设DTO搜索范围，确定算法循环次数i；
步骤4、对第二路信号中的采样点进行移位；
步骤5、将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；
步骤6、对第一路信号以及第二路信号的相乘相加结果进行傅里叶变换；
步骤7、在m个采样点中确定出傅里叶变换的最大值，确定最大值的峰值以及所述最大值对应的位置k；
步骤8、根据采样点m以及位置k，计算地i次循环对应的第i次的时差以及频差；
步骤9、判断第j次循环是否大于等于算法循环次数i，若否，则返回执行步骤4，若是，则执行步骤10；
步骤10、在每次循环得到峰值中确定出最大峰值，并将此次最大峰值作为加速度峰值集合中的一个值；
步骤11、判断第j次循环是否大于等于算法总循环次数n，若否，则返回执行步骤2，若是，则执行步骤12；
步骤12、在所述加速度峰值集合中确定户最大值，将最大值对应时差频差作为最终的时差频差。
可选的，根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，具体为：
将所述加速度搜索范围与加速度步进之间的比值作为算法总循环次数。
可选的，根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，具体为：
将第二路原始信号S2(t)带入到如下公式：
得到加速度补偿后的第二路信号S′2(t)，其中，j表征算法循环次数，f0为第二路信号的载波频率，c为光速常数，AStep表征搜索步进。
可选的，对第二路信号中的采样点进行移位，包括：
将所述第二路信号的末尾采样点移至首位采样点；
将原首位采样点以及之后采样点依次移动一个位置。
可选的，将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加，包括：
将所述第二路信号的各个采样点与第一路信号的各个采样相同采样点的数据进行相乘再相加。
一种时变参数估计系统，包括：
补偿模块，用于根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，得到补偿后的第二数据；
处理模块，用于根据预设DTO搜索范围，确定算法循环次数i；对第二路信号中的采样点进行移位；将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；在m个采样点中确定出傅里叶变换的最大值，确定最大值的峰值以及所述最大值对应的位置k；根据采样点m以及位置k，计算地i次循环对应的第i次的时差以及频差；判断第j次循环是否大于等于算法循环次数i，在每次循环得到峰值中确定出最大峰值，并将此次最大峰值作为加速度峰值集合中的一个值；判断第j次循环是否大于等于算法总循环次数n，在所述加速度峰值集合中确定户最大值，将最大值对应时差频差作为最终的时差频差。
可选的，所述补偿模块，具体用于将所述加速度搜索范围与加速度步进之间的比值作为算法总循环次数。
可选的，所述补偿模块，具体用于将第二路原始信号S2(t)带入到如下公式：
得到加速度补偿后的第二路信号S′2(t)，其中，j表征算法循环次数，f0为第二路信号的载波频率，c为光速常数，AStep表征搜索步进。
可选的，所述处理模块，具体用于将所述第二路信号的末尾采样点移至首位采样点；将原首位采样点以及之后采样点依次移动一个位置。
可选的，所述处理模块，具体用于将所述第二路信号的各个采样点与第一路信号的各个采样相同采样点的数据进行相乘再相加。
基于本发明所提供的方法，可以在目标匀加速的情况下，减少DTO以及DFO的误差，经过本算法的测量，通过上述的方法至少可以减少21.5％的DTO误差以及32.1％的DFO误差。
附图说明
图1为本发明实施例中一种时变参数估计方法的流程图；
图2为本发明实施例中第二路信号中各个采样点示意图；
图3为本发明实施例中第一路信号以及第二路信号中的各个采样点的示意图；
图4为本发明实施例中一种时变参数估计系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。
如图1所示为本发明实施例中一种时变参数估计方法的流程图，该方法包括：
S1、根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，其中，n为大于等于1的正整数；
首先，需要设定加速度搜索范围A_Range、加速度搜索步进A_Step计算总循环次数n＝A_Range/A_Step。
S2、根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，得到补偿后的第二数据；
在执行第j次循环时，对第二路原始信号进行加速度补偿，具体的计算公式如下：
基于该计算公式，得到加速度补偿后的第二路信号S′2(t)，其中，j表征算法循环次数，f0为第二路信号的载波频率，c为光速常数，AStep表征搜索步进。
S3、根据预设DTO搜索范围，确定算法循环次数j；
然后根据预设DTO搜索范围，确定算法循环次数i，此处的算法循环次数i可以通过如下公式得到：
n＝T_Range×fs
其中fs为数据采样率。
S4、对第二路信号中的采样点进行移位；
在本发明实施例中，该移位方式可以是将第二路信号的末尾采样点移动至首位采样点，将原首位采样点以及之后的采样点依次移动一个位置，如图2所示，第二路信号的末尾采样点P2m移动至首位P20，然后原P20以及P20之后的采样点依次向后移动一个位置。
S5、将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；
如图3所示，将第一路信号中的P10与第二路信号的P2m相乘再相加，然后其他相同采样点的数据也进行相同的相乘再相加。
S6、对第一路信号以及第二路信号的相乘相加结果进行傅里叶变换；
S7、在m个采样点中确定出傅里叶变换的最大值，确定最大值的峰值以及所述最大值对应的位置k；
在进行傅里叶变换之后，将得到m个采样点的结果，在这个m个点的采样结果中确定出傅里叶变换的最大值以及该最大值的峰值以及最大值对应的位置k。
S8、根据采样点m以及位置k，计算地i次循环对应的第i次的时差以及频差；
在得到最大值以及最大值对应的峰值以及位置k之后，就可以计算本次循环对应的时差dto(i)以及频差dfo(i)。
S9、判断第i次循环是否大于等于算法循环次数j，若否，则返回执行步骤4，若是，则执行S10；
S10、在每次循环得到峰值中确定出最大峰值，并将此次最大峰值作为加速度峰值集合中的一个值；
若是第i次循环大于等于算法循环次数j，则将此时得到的时差dto(i)以及频差dfo(i)作为加速度峰值集合中的一个值，也就是说，在每次进行步骤1-9的循环之后，都可以检测一次循环次数，并根据检测结果确定此次得到时差dto(i)以及频差dfo(i)是否加入到加速度峰值集合中。每次加入的时差以及频差都只是一次加速补偿之后的结果。
S11、判断第i次循环是否大于等于算法总循环次数n，若否，则返回执行S2，若是，则执行S12；
S12、在所述加速度峰值集合中确定户最大值，将最大值对应时差频差作为最终的时差频差。
经过S1-S11是得到一个加速度峰值集合，所以在循环次数大于等于算法总循环次数n之后，就在该加速度峰值集合中选出最大值，以及该最大值对应的时差以及频差，最后将该时差以及频差作为最终的DTO以及DFO。
通过上述的方法，可以在目标匀加速的情况下，减少DTO以及DFO的误差，经过本算法的测量，通过上述的方法至少可以减少21.5％的DTO误差以及32.1％的DFO误差。
另外，在本发明实施例中还提供了一种时变参数估计系统，如图4所示为本发明实施例中一种时变参数估计系统的结构示意图，该系统包括：
补偿模块401，用于根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，得到补偿后的第二数据；
处理模块402，用于根据预设DTO搜索范围，确定算法循环次数i；对第二路信号中的采样点进行移位；将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；在m个采样点中确定出傅里叶变换的最大值，确定最大值的峰值以及所述最大值对应的位置k；根据采样点m以及位置k，计算地i次循环对应的第i次的时差以及频差；判断第j次循环是否大于等于算法循环次数i，在每次循环得到峰值中确定出最大峰值，并将此次最大峰值作为加速度峰值集合中的一个值；判断第j次循环是否大于等于算法总循环次数n，在所述加速度峰值集合中确定户最大值，将最大值对应时差频差作为最终的时差频差。
进一步，在本发明实施例中，所述补偿模块401，具体用于将所述加速度搜索范围与加速度步进之间的比值作为算法总循环次数。
进一步，在本发明实施例中，所述补偿模块，具体用于将第二路原始信号S2(t)带入到如下公式：
得到加速度补偿后的第二路信号S′2(t)，其中，j表征算法循环次数，f0为第二路信号的载波频率，c为光速常数，AStep表征搜索步进。
进一步，在本发明实施例中，所述处理模块402，具体用于将所述第二路信号的末尾采样点移至首位采样点；将原首位采样点以及之后采样点依次移动一个位置。
进一步，在本发明实施例中，所述处理模块402，具体用于将所述第二路信号的各个采样点与第一路信号的各个采样相同采样点的数据进行相乘再相加。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种时变参数估计方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，其中，n为大于等于1的正整数；
步骤2、根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，得到补偿后的第二数据；
步骤3、根据预设DTO搜索范围，确定算法循环次数i；
步骤4、对第二路信号中的采样点进行移位；
步骤5、将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；
步骤6、对第一路信号以及第二路信号的相乘相加结果进行傅里叶变换；
步骤7、在m个采样点中确定出傅里叶变换的最大值，确定最大值的峰值以及所述最大值对应的位置k；
步骤8、根据采样点m以及位置k，计算地i次循环对应的第i次的时差以及频差；
步骤9、判断第j次循环是否大于等于算法循环次数i，若否，则返回执行步骤4，若是，则执行步骤10；
步骤10、在每次循环得到峰值中确定出最大峰值，并将此次最大峰值作为加速度峰值集合中的一个值；
步骤11、判断第j次循环是否大于等于算法总循环次数n，若否，则返回执行步骤2，若是，则执行步骤12；
步骤12、在所述加速度峰值集合中确定户最大值，将最大值对应时差频差作为最终的时差频差。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，具体为：
将所述加速度搜索范围与加速度步进之间的比值作为算法总循环次数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，具体为：
将第二路原始信号S2(t)带入到如下公式：
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</msup>
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得到加速度补偿后的第二路信号S′2(t)，其中，j表征算法循环次数，f0为第二路信号的载波频率，c为光速常数，AStep表征搜索步进。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对第二路信号中的采样点进行移位，包括：
将所述第二路信号的末尾采样点移至首位采样点；
将原首位采样点以及之后采样点依次移动一个位置。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加，包括：
将所述第二路信号的各个采样点与第一路信号的各个采样相同采样点的数据进行相乘再相加。
6.一种时变参数估计系统，其特征在于，包括：
补偿模块，用于根据加速度搜索范围以及加速度搜索步进，得到算法总循环次数n，根据预设参数对第二路原始信号进行加速度补偿，得到补偿后的第二数据；
处理模块，用于根据预设DTO搜索范围，确定算法循环次数i；对第二路信号中的采样点进行移位；将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；将第一路信号与第二路信号对应点数据进行相乘再相加；在m个采样点中确定出傅里叶变换的最大值，确定最大值的峰值以及所述最大值对应的位置k；根据采样点m以及位置k，计算地i次循环对应的第i次的时差以及频差；判断第j次循环是否大于等于算法循环次数i，在每次循环得到峰值中确定出最大峰值，并将此次最大峰值作为加速度峰值集合中的一个值；判断第j次循环是否大于等于算法总循环次数n，在所述加速度峰值集合中确定户最大值，将最大值对应时差频差作为最终的时差频差。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述补偿模块，具体用于将所述加速度搜索范围与加速度步进之间的比值作为算法总循环次数。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述补偿模块，具体用于将第二路原始信号S2(t)带入到如下公式：
<mrow>
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</mrow>
</msup>
</mrow>
得到加速度补偿后的第二路信号S′2(t)，其中，j表征算法循环次数，f0为第二路信号的载波频率，c为光速常数，AStep表征搜索步进。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理模块，具体用于将所述第二路信号的末尾采样点移至首位采样点；将原首位采样点以及之后采样点依次移动一个位置。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理模块，具体用于将所述第二路信号的各个采样点与第一路信号的各个采样相同采样点的数据进行相乘再相加。
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