无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置，方法包括：构造同一时刻不同接收机的多普勒频率差的第一测量模型、同一接收机不同时刻的多普勒频率差的第二测量模型；通过第一测量模型分别观测t

Measurement method and device of low frequency Doppler frequency difference for passive location

【技术实现步骤摘要】
无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置
本专利技术涉及数字信号处理
，尤其涉及一种无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置，涉及怎样对低频多普勒频率差进行高精度检测的问题。
技术介绍
单站无源定位对接收机参数测量精度要求非常高。由于敌机的机载雷达发送的频率为10GHz数量级，单站无源定位的狭小装置要求区分多个接收装置的频率和频率差、相位及相位差的误差接近0.01Hz和1度的范围，这相比于载波频率来说，其相对误差几乎要求是接近于零的，因而对测量理论和测量算法要求非常高。正弦信号的参数测量是学术界和工程界的经典问题：很显然正弦信号x(t)＝Acos(2πf0t+θ0)+B的信息可完全由幅值A、频率f0、相位θ0及其直流量B来表征，其中B最容易估计，只需对样本值作平均就可实现。然而对于其他参数(特别是频率参数)，特别是当分析样本含有的不够时，即信号频率相对于观测周期数表现为“低频”特征时，则频率估计精度会大大降低。众所周知，正弦信号又称为“正弦波”，该词中“波”字其实体现的正是周期性和振荡性，因而若样本数据没有包含足够的周期数时，其“波”的属性就表征不明显，自然会大大增加频率估计的难度。事实上，低频信号(如频段处于0.01Hz～10Hz之间的超低频信号)在地震勘探、电磁波探测及结构建筑振动、地震波测量中经常遇到，而且实际工程应用通常无法保证足够长的信号记录时间(如地震次声波的周期12秒到137秒之间，若为了使得采集样本满足其波动周期数(CiR值)远大于20的要求，就必然会耗费过多等待的数据采集时间，无法满足灾难应急处理需求)。因而如何提高短区间正弦信号的频率测量精度，是工程界急需解决的问题。而现有的正弦波的参数估计法，无论是内插型的校正器，还是相位差型的校正器，都是在有足够“波动性”条件下而提出的。特别是内插型的估计器，其谱校正必需用到峰值谱和附近的旁谱的谱值。对于低频信号，峰值谱往往靠近直流区域，延展出旁谱线更加靠近直流，这时谱线自然会引入很大的谱泄漏干扰，而使得校正器不再适用。一般说来，工程采集的样本至少要包含20多个周期；而信号频率的高、低是个相对的概念，如果分析样本内含有足够多的CiR则可视为高频，这时就可以忽略负频率的影响。然而在很多情形下，采集样本的CiR不满足这个条件，这时必须要考虑负频率成分带来的影响对于CiR<1情况下怎样精确估计频率的问题。经查阅国内外文献，鲜有报道。参考文献[1]朱道娴,吉松海.民航VHF地空话音通信系统概述[J].空中交通管理,2004(3):46-48.[2]杨永康,毛奇凰.海上无线电通信[M].2版.北京,人民交通出版社,2009.[3]张道农,于跃海.电力系统同步相量测量技术及应用[M].北京,中国电力出版社,2017.[4]So,H.C.,Chan,Y.T.,Ma,Q.,Ching,P.C..ComparisonofVariousPeriodogramsforSingleToneDetectionandFrequencyEstimation[J].IEEETrans.onAerospaceandElectronicSystems,1999,35(3):945-952[5]刘贵江,冯小平.一种适用于数字调制信号的载波频率估计方法[J].系统工程与电子技术,2004,26(12):1787-1789[6]龚牡丹,郭荣辉.基于二阶循环累积量的载波频率估计[J].计算机工程,2011,37(20):81-82+86.[7]王兆华,侯正信,苏飞.全相位FFT频谱分析[J].通信学报,2003,24(11A):6-19[8]黄翔东,王兆华.全相位数字谱分析方法[M].北京:科学出版社,2017.[9]黄翔东,王兆华.全相位时移相位差频谱校正法[J].天津大学学报,2008,41(7):815-820.[10]黄翔东,白瑞朋,靳旭康.基于频移补偿的全相位时移相位差频率估计[J].天津大学学报,2017,50(6):649-655.
技术实现思路
本专利技术提供了一种无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置，本专利技术使用单站无源定位的双接收机二维平面模型着力于解决参数估计问题，使得参数的估计算法效率高、计算复杂度低，详见下文描述：一种无源定位的低频多普勒频率差测量方法，所述方法包括：构造同一时刻不同接收机的多普勒频率差的第一测量模型、同一接收机不同时刻的多普勒频率差的第二测量模型；通过第一测量模型分别观测t1、t2时刻的第一、二接收机的频率差，通过第二测量模型分别观测第一接收机的两时刻频率差、第二接收机的两时刻频率差；通过稀疏阵列天线对来波的频率估计得出载波频率估计；基于上述频率差、载波频率估计，根据双接收机二维平面模型得出四元二次方程组，采用扩展卡尔曼滤波动态求解。所述第一测量模型具体为：两个接收装置经过两次同样的下变频后，保持着同样的频率差，频谱逐步过渡到中频附近，对两路信号分别做ADC采样；对两路信号进行相乘操作，借助低通滤波器滤除二倍频成分，即可得到与第一、二接收机的频率差相一致的多普勒频率差信号。所述第二测量模型具体为：两个接收装置经过两次同样的下变频后，保持着同样的频率差，频谱逐步过渡到中频附近，对两路信号分别做ADC采样；对两路信号进行相乘操作，借助低通滤波器滤除二倍频成分，即可得与两时刻频率差相一致的多普勒频率差信号。一种无源定位的低频多普勒频率差测量装置，所述装置包括：模数转化器、DSP芯片、输出驱动及其显示模块，无线电接收信号经过模数转化器采样得到样本序列x(n)，以串行数字输入的形式进入DSP芯片；DSP芯片执行权利要求1所述的方法步骤；最后借助输出驱动及其显示模块显示入射信号的多普勒频率值。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1)本专利技术使用双接收机二维平面模型，降低了分析难度，并且易于转化为三维模型；提高采样速率，可大大减小频率估计误差；2)本专利技术提高了采样速率，可降低CiR值的阈值门槛，从而舒缓对观测时间的瓶颈；提高采样速率时，计算复杂度不会大幅度提升。附图说明图1为频率差测量模型1的示意图；图2为频率差测量模型2的示意图；图3为双接收机二维平面模型的示意图；图4为包络的凸显过程示意图；图5为ω1＝0.0825rad/s-1情况的误差曲线(样本34到64，信噪比20dB)示意图；图6为ω2＝0.1217rad/s-1情况的误差曲线(样本34到64，信噪比20dB)示意图；图7为ω3＝0.1610rad/s-1情况的误差曲线(样本34到64，信噪比20dB)示意图；图8为CiR在(0.26,0.78)区间内两种采样率下的误差曲线示意图；图9为CiR在(0.3,0.6)区间内两种采样率下的误差曲线示意图；图10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无源定位的低频多普勒频率差测量方法，其特征在于，所述方法包括：/n构造同一时刻不同接收机的多普勒频率差的第一测量模型、同一接收机不同时刻的多普勒频率差的第二测量模型；/n通过第一测量模型分别观测t

【技术特征摘要】
1.一种无源定位的低频多普勒频率差测量方法，其特征在于，所述方法包括：
构造同一时刻不同接收机的多普勒频率差的第一测量模型、同一接收机不同时刻的多普勒频率差的第二测量模型；
通过第一测量模型分别观测t1、t2时刻的第一、二接收机的频率差，通过第二测量模型分别观测第一接收机的两时刻频率差、第二接收机的两时刻频率差；
通过稀疏阵列天线对来波的频率估计得出载波频率估计；
基于上述频率差、载波频率估计，根据双接收机二维平面模型得出四元二次方程组，采用扩展卡尔曼滤波动态求解。


2.根据权利要求1所述的一种无源定位的低频多普勒频率差测量方法，其特征在于，所述第一测量模型具体为：
两个接收装置经过两次同样的下变频后，保持着同样的频率差，频谱逐步过渡到中频附近，对两路信号分别做ADC采样；
对两路信号进行相乘操作，借助低通滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏春秋，黄翔东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12