CN110261821B - 一种基于信息解调相关的时差估计方法及装置 - Google Patents

一种基于信息解调相关的时差估计方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于信息解调相关的时差估计方法及装置，所述方法包括以下步骤：对接收机的复数信号进行信息解调，提取发射信号；对解调后的信号，采用广义相关法处理实数信号，得到时间延迟估计值。本发明采用信息解调，然后对解调后的信号进行时延估计，该方法计算量小，可以消除小于频率分辨率的频偏对时差估计造成的影响；并且降低了信号在大气传播过程中的色散的影响。

Description

一种基于信息解调相关的时差估计方法及装置
技术领域
本发明属于时差定位技术领域，特别涉及一种基于信息解调相关的时差估计方法及装置。
背景技术
时差定位技术具有隐蔽性好、定位速度快、测向定位精度高等特点，在军事和民用领域具有很高的应用价值，并得到了学术界和工业界的广泛研究。工程应用中，两台独立接收机虽然参数设置一致，但硬件偏差仍然存在，导致两路中频信号的频率有差异。如果接收机采样频率较高，接收信号的相对带宽比较小，因为硬件偏差的存在，此时两路信号存在频率差异即频偏，会给针对两路信号的时间延迟估计方法造成很大的影响，甚至导致估计方法失效，采用传统的时延估计方法难以保证估计精度，因而需要消除两路信号的之间的频偏。
现有的解决方法一般是应用频域相关函数对频率差异做估计和补偿，消除硬件偏差的影响。首先，得到两路信号的频域相关函数；然后，对频域相关函数进行一维搜索，相关函数最大值对应的值即是频偏值，根据得到频偏值对信号进行补偿；最后对补偿后的信号进行时间延迟估计。
这种解决方法在一定程度上对频率差异即接收机之间的频偏，进行了有效的补偿。但是，存在一定的问题：一、采用频域相关函数计算信号之间的频偏，对频域相关函数做一维搜索，相关函数的和取到最大值时对应的值作为频偏估计值，计算复杂度高；二、如果频偏小于离散傅里叶变换(DFT)的频率分辨率fs/N(fs采样频率，N为DFT变换长度)，现有方法无法做频偏补偿，仿真实验表明，当频偏小于频率分辨率时，频偏仍会给时延估计造成很大的影响，影响定位精度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于信息解调相关的时差估计方法及装置，采用信息解调，然后对解调后的信号进行时延估计，该方法计算量小，可以消除小于频率分辨率的频偏对时差估计造成的影响；并且降低了信号在大气传播过程中的色散的影响。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种基于信息解调相关的时差估计方法，包括以下步骤：
对接收机的复数信号进行信息解调，提取发射信号；
对解调后的信号，采用广义相关法处理实数信号，得到时间延迟估计值。
进一步的，对于AM信号，具体步骤为：
对接收机1和接收机2的两路IQ信号的复数信号分别取模值，得到实数值；
对得到的实数值采用广义相关法进行处理，得到时间延迟估计值。
进一步的，接收机1和接收机2的IQ信号的复数信号表示为：
Figure BDA0002134711190000021
Figure BDA0002134711190000022
其中，s(n)表示信号的复包络，可以进一步表示为
Figure BDA0002134711190000023
D表示两路信号之间的时间延迟，A1和A2是信号经过不同信道造成的幅度衰减，Δw1和Δw2是接收信号经过接收机1和接收机2下变频处理后形成的频移，Δw1和Δw2二者之差即是频偏；
对两路复数信号分别取模值，
Figure BDA0002134711190000024
进一步的，对于FM信号，采用差分方式对FM信号进行解调频，具体步骤为：
第一步：对信号进行差分处理，
m1(n)＝x1(n+1)·conj(x1(n))
φ1(n)＝angle(m1(n))
m2(n)＝x2(n+1)·conj(x2(n))
φ2(n)＝angle(m2(n))
上述式子中，conj()表示对复信号取共轭，angle()表示获取复数信号的相位角，分别对信号1和信号2按照上述式子处理，对复数信号的相位角进行差分处理，解调获取原信号；
第二步：采用了差分处理，已解调信号φ1(n)和φ2(n)的高频谱幅度值增加，需要对两路信号频谱的高频部分进行抑制；
第三步：采用广义相关法进行处理，得到时间延迟估计值。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如前所述的基于信息解调相关的时差估计方法步骤。
本发明还提供一种基于信息解调相关的时差估计装置，包括终端设备的处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如前所述的基于信息解调相关的时差估计方法步骤。
与现有技术相比，本发明优点在于：
1、通过信号解调的方法，提取发射信号，消除频偏对时延估计造成影响。
2、给出了针对AM和FM两类信号消除频偏进行时延估计的具体处理方法，接收端得到IQ信号，对于AM信号，取复数信号的模值进行时延估计；对于FM信号，取复数信号相位值，进行差分处理，并对高频进行抑制。
3、算法简单，计算量小；可以降低消除频偏的计算复杂度，克服了低于DFT频率分辨率的频偏的影响和信号在大气传播过程中色散的影响，提高时延估计的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
由于辐射源发出的信号携带信息，本实施例提出了一种基于信息解调相关的时差估计方法，采用信息解调，消除接收机硬件偏差的影响，该方法计算复杂度低，可以消除小于频率分辨率的频偏的影响，并且能够克服信号在大气传播过程中色散的影响。包括以下步骤：
对接收机的复数信号进行信息解调，提取发射信号；
对解调后的信号，采用广义相关法处理实数信号，得到时间延迟估计值。
可以利用该方法得到的时间延迟估计值进行时差定位。
实际通信系统中，存在着大量的AM和FM通信系统，针对发射这两类信号的辐射源进行快速准确的定位具有很高的实用价值和经济价值。本实施例主要针对这两类信号进行介绍，该方法思路可以推广到其他调制信号。图1给出了处理方法的流程。
设定接收机1和接收机2的IQ信号表示成以下复数形式：
Figure BDA0002134711190000041
其中，s(n)表示信号的复包络，可以进一步表示为
Figure BDA0002134711190000042
D表示两路信号之间的时间延迟，A1和A2是信号经过不同信道造成的幅度衰减，Δw1和Δw2是接收信号经过接收机1和接收机2下变频处理后形成的频移，Δw1和Δw2二者之差即是频偏。
1)对于AM信号，具体步骤为：
第一步：对两路复数信号分别取模值，
Figure BDA0002134711190000043
第二步：按照图1流程，对得到的模值即实数值采用广义相关法进行处理，得到时间延迟估计值。
取复数信号的模值可以消除Δw1和Δw2不同而造成的频偏。相对于现有的计算量大的频偏消除算法，该方法简单易行，而且能够彻底消除两个接收机之间的频偏。处理方法本质是消除了频偏对复数信号的相角的影响，从而提高了时间延迟估计的精度。同时，得到模值后，只对实数信号采用广义相关算法，相对于采用传统方法处理复数信号，降低了一半的计算量。
2)对于FM信号，采用差分方式对FM信号进行解调频，具体步骤为：
第一步：对信号进行差分处理，
m1(n)＝x1(n+1)·conj(x1(n))
φ1(n)＝angle(m1(n))
m2(n)＝x2(n+1)·conj(x2(n))
φ2(n)＝angle(m2(n))
上述式子中，conj()表示对复信号取共轭，angle()表示获取复数信号的相位角，分别对信号1和信号2按照上述式子处理，对复数信号的相位角进行差分处理，解调获取原信号。
第二步：采用了差分处理，已解调信号φ1(n)和φ2(n)的高频谱幅度值增加，需要对两路信号频谱的高频部分进行抑制。
第三步：按照图1流程，采用广义相关法进行处理，得到时间延迟估计值。
对于FM信号，采用差分处理，对FM信号进行解调，彻底消除了频偏对时间延迟估计的影响，从而提高了时间延迟估计的精度。
实施例2
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令/计算机程序，所述指令/计算机程序适于由终端设备的处理器加载并执行如实施例1所述的方法步骤，消除小于频率分辨率的频偏对时差估计造成的影响，提高时延估计的精度。具体步骤可参见实施例1，此处不再赘述。
实施例3
本发明还提供一种基于信息解调相关的时差估计装置，包括终端设备的处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如实施例1所述的方法步骤，消除小于频率分辨率的频偏对时差估计造成的影响，提高时延估计的精度。具体步骤可参见实施例1，此处不再赘述。
综上所述，本发明通过信号解调的方法，提取发射信号，消除频偏对时延估计造成影响。并且给出了针对AM和FM两类信号消除频偏进行时延估计的具体处理方法，接收端得到IQ信号，对于AM信号，取复数信号的模值进行时延估计；对于FM信号，取复数信号相位值，进行差分处理，并对高频进行抑制。
算法简单，计算量小；可以降低消除频偏的计算复杂度，克服了低于DFT频率分辨率的频偏的影响和信号在大气传播过程中色散的影响，提高时延估计的精度。
本发明说明书的各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可，每个实施例重点说明的是与其他实施例不同之处。本发明的各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于信息解调相关的时差估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
对接收机的复数信号进行信息解调，提取发射信号；
对解调后的信号，采用广义相关法处理实数信号，得到时间延迟估计值；
接收机1和接收机2的IQ信号的复数信号表示为：
Figure FDA0003284757040000011
Figure FDA0003284757040000012
其中，x1(n)表示接收机1接收的复数信号；s(n)表示复数信号x1(n)的复包络，可以进一步表示为
Figure FDA0003284757040000013
D表示两路信号之间的时间延迟；A1和A2是信号经过不同信道造成的幅度衰减；△w1和△w2是接收信号经过接收机1和接收机2下变频处理后形成的频移；△w1和△w2二者之差即是频偏，
对于AM信号，具体步骤为：
对接收机1和接收机2的两路IQ信号的复数信号分别取模值，得到实数值；
对得到的实数值采用广义相关法进行处理，得到时间延迟估计值；
对两路复数信号分别取模值，
Figure FDA0003284757040000014
对于FM信号，采用差分方式对FM信号进行解调，具体步骤为：
第一步：对信号进行差分处理，
m1(n)＝x1(n+1)·conj(x1(n))
φ1(n)＝angle(m1(n))
m2(n)＝x2(n+1)·conj(x2(n))
φ2(n)＝angle(m2(n))
上述式子中，conj()表示对复数信号取共轭，angle()表示获取复数信号的相位角，分别对IQ复数信号x1(n)对应的信号1和IQ复数信号x2(n)对应的信号2按照上述式子处理，对复数信号的相位角进行差分处理，解调获取原信号；
第二步：采用了差分处理，已解调信号φ1(n)和φ2(n)的高频谱幅度值增加，对两路信号频谱的高频部分进行抑制；
第三步：采用广义相关法进行处理，得到时间延迟估计值。
2.一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如权利要求1所述的方法步骤。
3.一种基于信息解调相关的时差估计装置，包括终端设备的处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于：所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1所述的方法步骤。
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