一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法技术方案

本发明专利技术公开了一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法：测站从射频接收机输出的IQ数据流中提取定时数据块并缓存到队列中；测站使用基于载噪比和过0点数质量指标评估定时数据块质量，向中心站报告每个定时数据块的时间戳和质量指标；中心站接收测站报告并缓存到队列中，根据时间戳和质量参数从报告队列中选择候选数据块，通知测站上传指定时间数据块；测站收到中心站命令，从缓存定时数据块队列中搜索指定时间的数据块并上传到中心站；中心站接收测站上传的定时数据块并缓存到定时数据块队列，作为TDOA估计算法的输入数据。用于解决突发和带宽时变信号数据块优选问题，同时解决网络带宽与采样率之间的矛盾问题。决网络带宽与采样率之间的矛盾问题。决网络带宽与采样率之间的矛盾问题。

【技术实现步骤摘要】
一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法


[0001]本专利技术属于无线通信领域，涉及一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法。
[0002]
技术介绍

[0003]射频无源TDOA定位系统由中心站和3个或更多测站组成，测站间距离在几公里到百公里之间。中心站包括数据处理计算机和应用软件，向测站发布TDOA定位任务，接收多个测站采集的信号IQ数据块，估计测站间的TDOA，根据测站卫星定位坐标和测站间TDOA解算出信号发射位置。测站由射频接收机、卫星定位/授时模块和计算机组成，根据中心站任务命令，采集带时间戳和卫星定位坐标的被测信号IQ数据块，通过网络传递给中心站。测站部署方式包括地面固定测站、车载测站和机载测站等，测站与中心站可通过有线网、公共无线移动网和无线自组织网等通信，其中有线网只能用于地面固定站。
[0004]TDOA定位系统定位精度受到TDOA估计精度、双曲线交会定位算法精度、卫星定位精度以及测站几何分布形状等因素影响，其中TDOA估计精度是首要影响因素。
[0005]从原理上来说，TDOA估计算法对两个时间戳对齐的测站数据块执行相关运算，获得TDOA估计值。TDOA估计精度受时间戳精度、接收机采样率、数据块内信号采样的瞬时带宽、载噪比以及多径传播等因素影响。时间戳精度受限于卫星授时模块精度，属于硬件性能问题；多径传播是TDOA估计算法自身需要克服的问题；TDOA估计精度正比于输入数据块采样率，采样率是接收机和测站计算机性能、卫星授时模块精度和被测信号带宽和网络性能之间的折中。需要强调的是，TDOA估计精度正比于输入数据块的载噪比和信号瞬时带宽，尤其对瞬时带宽更为敏感。从接收机输出的IQ数据流中为TDOA估计算法筛选出载噪比较高且瞬时带宽较宽的数据块，涉及中心站与测站之间的协同机制，是TDOA定位系统在系统层面要解决的基本问题。
[0006]对于调频广播来和对讲机信号，信号瞬时带宽具有时变性质，在讲话停顿时段，发射机仅发射载波，载噪比较高，但此时段信号瞬时带宽等效于单载波，TDOA估计算法将会失败；类似的，对于一些频移键控数字信号，信号瞬时带宽也具有时变性质，发送连续0或连续1符号时段，调制后的信号带宽内只有少数几个谱线，瞬时带宽较窄，TDOA估计精度降低甚至失败；对于雷达和飞行器应答机信号，信号持续时间只有几十到几百微秒，信号出现间隔较长，从数据流中准确地截获短时突发信号段，才有可能获得有效的TDOA估计结果。
[0007]目前射频无源TDOA定位系统使用的数据采集和传输方案及其优缺点如下：1)测站向中心站传送所有采集到的IQ数据：例如，采集时标为10ms，测站从每个整秒开始，将整秒内每个10ms时段的信号采样封装为一个数据块，依次传递给中心站；优点是，没有采样被丢弃；缺点是对网络带宽和中心站计算机性能要求较高且采样率受传输带宽限制，只能用于地面固定测站，工程代价较高；对于车载和机载测站来说，受到通信链路带宽和可靠性的限制，这一方案在工程上难以实现。
[0008]2)测站周期性地采集一个IQ数据段传递给中心站：例如，采集时标为500ms，测站从整秒开始，每500ms采集若干信号采样点封装为数据块，传递给中心站，丢弃其他采样点；优点是，通过调整采集时标和采样点数，可适应各种网络传输环境和采样率；其缺点在于，当被测信号是短时突发信号时，例如对讲机、应答机、雷达等信号，测站无法保证抽取的数据段中包含有效信号段；当被测信号瞬时带宽具有时变性质时，无法保证数据块中包含瞬时带宽较宽的信号段。
[0009]
技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法，该方法通过载噪比和过0点数组合指标评估数据块质量，从测站采集的IQ数据块序列中选择质量较好的数据块传递给中心站作为TDOA估计算法的输入数据。
[0011]一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法，其特征在于，包含如下步骤：S1、参数设置：设置信号带宽B
W
，接收机采样率Fs， IQ数据块采集时标T
mark
≤1000ms，IQ数据块采样点数L
block
，IQ数据块子段数N
seg
≥1，测站报告周期T
report
≥T
mark
，定位任务需要的最少测站数S
min
≥3，信号分类需要的站数S
class
≥1，载噪比阈值S
thd1
和S
thd2
>S
thd1
，单载波数据块判定系数S
carrier
≥1.0等参数；S2、在整秒开始周期为T
mark
的时间点上，从射频接收机输出的IQ数据流中采集采样数为L
block
的数据块，将数据块与起始采样时间戳和卫星定位坐标封装为一个定时数据块，缓存到定时数据块队列；S3、在测站，将数据块划分为N
seg
个子段，计算每个子段质量参数Q
seg
；S4、根据子段质量参数Q
seg
计算数据块质量参数Q
block
；S5、在测站，将数据块的起始采样时间戳、采样数和质量参数Q
block
封装为一个报告节点缓存到测站报告队列，测站以T
report
为周期向中心站发送测站报告队列中的报告节点；S6、在中心站，接收各个测站发送的报告并存储到报告队列，从报告队列中搜索时间戳对齐的报告并统计报告数为S
align
，将时间戳对齐报告数S
align
≥S
min
的报告集封装为一个节点，缓存到候选数据块队列，计算时间戳对齐最大报告数S
max
为S
align
的最大值，搜索完毕后，删除候选数据块队列中报告数少于S
max
的节点，此时候选数据块队列中所有节点都包含S
max
个测站报告，每个测站报告由时间戳、采样数和Q
block
等参数构成；S7、在中心站，根据候选数据块队列节点中的S
max
个测站数据块质量参数Q
block
，选择候选数据块，根据候选数据块的起始采样时间戳和采样数发布命令通知测站上传定时数据块；S8、在测站，接收中心站命令，根据命令指定的数据块起始时间戳和采样数，从定时数据块队列中搜索时间戳匹配的定时数据块，将指定采样数的定时数据块上传给中心站；S9、 在中心站，接收测站上传的定时数据块，缓存到中心站定时数据块队列，作为TDOA估计算法的输入数据。
[0012]进一步地，S3所述计算每个子段质量参数Q
seg
具体步骤如下：S31、Q
seg
是由子段载噪比q
cnr
、子段时域I和Q分量过0点数之和q
czn
组成的二元组，即，Q
seg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法，其特征在于，包含如下步骤：S1、参数设置：设置信号带宽B
W
，接收机采样率Fs，IQ数据块采集时标T
mark
≤1000ms，IQ数据块采样点数L
block
，IQ数据块子段数N
seg
≥1，测站报告周期T
report
≥T
mark
，定位任务需要的最少测站数S
min
≥3，信号分类需要的站数S
class
≥1，载噪比阈值S
thd1
和S
thd2
>S
thd1
，单载波数据块分类系数S
carrier
≥1.0等参数；S2、在整秒开始周期为T
mark
的时间点上，从射频接收机输出的IQ数据流中采集采样数为L
block
的数据块，将数据块与起始采样时间戳和卫星定位坐标封装为一个定时数据块，缓存到定时数据块队列；S3、在测站，将数据块划分为N
seg
个子段，计算每个子段质量参数Q
seg
；S4、根据子段质量参数Q
seg
计算数据块质量参数Q
block
；S5、在测站，将数据块的起始采样时间戳、采样数和质量参数Q
block
封装为一个报告节点缓存到测站报告队列，测站以T
report
为周期向中心站发送测站报告队列中的报告节点；S6、在中心站，接收各个测站发送的报告并存储到报告队列，从报告队列中搜索时间戳对齐的报告并统计报告数为S
align
，将时间戳对齐报告数S
align
≥S
min
的报告集封装为一个节点，缓存到候选数据块队列，计算时间戳对齐最大报告数S
max
为S
align
的最大值，搜索完毕后，删除候选数据块队列中报告数少于S
max
的节点，此时候选数据块队列中所有节点都包含S
max
个测站报告，每个测站报告由时间戳、采样数和Q
block
等参数构成；S7、在中心站，根据候选数据块队列节点中的S
max
个测站数据块质量参数Q
block
，选择候选数据块，根据候选数据块的起始采样时间戳和采样数发布命令通知测站上传定时数据块；S8、在测站，接收中心站命令，根据命令指定的数据块起始时间戳和采样数，从定时数据块队列中搜索时间戳匹配的定时数据块，将指定采样数的定时数据块上传给中心站；S9、 在中心站，接收测站上传的定时数据块，缓存到中心站定时数据块队列，作为TDOA估计算法的输入数据。2.根据权利要求1所述的一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法，其特征在于，S3所述计算每个子段质量参数Q
seg
具体步骤如下：S31、Q
seg
是由子段载噪比q
cnr
、子段时域I和Q分量过0点数之和q
czn
组成的二元组，即，Q
seg
=(q
cnr
，q
czn
)，当q
cnr
>V
thd1
时q
czn
反比于子段内信号段的瞬时带宽，当q
cnr
≤V
thd1
时q
czn
表达子段内信号段瞬时带宽的可靠性降低。3.根据权利要求1所述的一种射频无源TDOA定位系统数据块选择传输方法，其特征在于，S4所述根据子段质量参数Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鸿，文成玉，李文藻，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：