甚低频人工源信号的时延提取方法技术

本发明专利技术提供一种甚低频人工源信号的时延提取方法，包括以下步骤：对甚低频人工源信号进行解调以得到该甚低频人工源信号的附加相位；对获取的附加相位进行极值点识别与标记处理；对标记得到的极值点进行匹配处理以得到包含时延信息的极值点组；获取极值点组的所有时延信号以得到该甚低频人工源信号的时延信息。基于MSK信号的附加相位特点，本发明专利技术首先对原始观测数据进行解调得到两路人工源信号的附加相位，然后利用相位极值点以及匹配算法得到包含时延信息的极值点组，进一步提取两路信号的时延，从而能够有效获得人工源信号到达不同收站点的时间差。该方法整体效果显著，为实现甚低频人工源信号多站定位提供了有效技术支持，具有深远的应用前景。具有深远的应用前景。具有深远的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
甚低频人工源信号的时延提取方法


[0001]本专利技术属于甚低频人工源定位
，具体涉及一种甚低频人工源信号的时延提取方法。

技术介绍

[0002]甚低频探测是对自然界闪电辐射和遍布全球的地基人工源发射的极低频(ELF：300Hz
‑
3kHz)和甚低频(VLF：3
‑
30kHz)无线电磁波信号进行接收监测。目前广泛应用于太阳活动监测、电离层探测与航海通信等领域。
[0003]信号时差是指在组网探测中不同接收站接收到的同源信号由于传播路径不同导致的到达时间差。时差提取是指利用数据分析的方法处理多站数据从而实现信号时差进行估算和测定。传统的时差提取方法往往是利用多路信号时域相关运算，再通过峰值检测来得到时差估值，但人工源信号主要采用了MSK调制方式，信号时域波形包络恒定，无明显时延特征，且在长距离传播中受路径环境影响较大，波形相似性较差，因而使用常见的互相关方法无法得到较理想的效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种甚低频人工源信号的时延提取方法，针对MSK形式的甚低频人工源信号进行时延提取，并且提取结果具有较高准确度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种甚低频人工源信号的时延提取方法，包括以下步骤：
[0007]对所述甚低频人工源信号进行解调以得到该甚低频人工源信号的附加相位；
[0008]对获取的所述附加相位进行极值点识别与标记处理；
[0009]对标记得到的所述极值点进行匹配处理以得到包含时延信息的极值点组；
[0010]获取所述极值点组的所有时延信号以得到该甚低频人工源信号的时延信息。
[0011]进一步地，所述附加相位的获取过程包括：
[0012]基于甚低频人工源信号的中心载波频率生成相互正交的两路中心载波频率；
[0013]将生成的两路中心载波频率与接收的信号混频以进行频谱搬移从而得到两路信号；
[0014]利用两路信号构造基波信号进而得到附加相位。
[0015]进一步地，所述匹配过程包括：
[0016]将两路信号中的任意一路信号作为主信号且另一路作为辅信号，将该主信号中的每个极值点作为主极值点，并将该辅信号中的每个极值点作为辅极值点，
[0017]以所述主极值点为中心设置时间窗口t
b
对所述辅极值点进行匹配，当匹配到单个所述辅极值点时，则匹配成功，保留对应的主极值点和辅极值点；若匹配到0个或2个以上的所述辅极值点，则匹配失败，舍弃该主极值点。
[0018]进一步地，在匹配过程中，基于预设的时间窗口值对两路信号的附加相位进行匹配。
[0019]进一步地，在第一次得到时延信息后，还包括以下步骤：
[0020]基于第一次提取得到的时延值对窗口中心进行一定偏移后重复执行匹配过程以实现进行二次匹配并得到二次匹配的极值点组；
[0021]从二次匹配的极值点组中提取时延信息作为最终时延值。
[0022]进一步地，在对所述附加相位进行极值点识别与标记处理后，还包括对标记得到的所述极值点进行去噪处理步骤以排除异常的所述极值点。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：基于MSK信号的附加相位特点，本专利技术首先对原始观测数据进行解调得到两路人工源信号的附加相位，然后利用相位极值点以及匹配算法得到包含时延信息的极值点组，进一步提取两路信号的时延，从而能够有效获得人工源信号到达不同收站点的时间差。该方法整体效果显著，为实现甚低频人工源信号多站定位提供了有效技术支持，具有深远的应用前景。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的实施例中甚低频人工源信号的时延提取方法的流程图。
[0025]图2是本专利技术的实施例中附加相位获取过程示意图。
[0026]图3是本专利技术的实施例中异常极值点示意图。
[0027]图4是本专利技术的实施例中附加相位时延特征图。
[0028]图5是本专利技术的实施例中实测NWC人工源信号附加相位图。
[0029]图6是本专利技术的实施例中实测NWC人工源信号相位时差提取10s统计图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步说明。
[0031]如附图1所示，本实施例公开了一种甚低频人工源信号的时延提取方法，用于针对MSK形式的甚低频人工源信号进行时延提取，具体包括以下步骤：
[0032]步骤S1、对甚低频人工源信号进行解调以得到该甚低频人工源信号的附加相位。
[0033]具体地，如图2所示，在本实施例中采用数字正交相干解调的方法对甚低频人工源信号进行解调以获取甚低频人工源信号的附加相位。附加相位的获取过程包括：
[0034]步骤S11、基于甚低频人工源信号的中心载波频率生成相互正交的两路中心载波频率。具体地，当接收到任意的甚低频人工源信号之后，通过频谱信息能够得到其中心载波频率，然后就可以在本地生成相互正交的两路中心载波频率。
[0035]步骤S12、将生成的两路中心载波频率与接收的信号混频以进行频谱搬移，从而获得指定人工源信号的零中频信号，也就是可以获得两路信号：同相支路和正交支路。这里的两路信号有高频分量与低频分量，需要将它们经过低通滤波器获得低频分量，也即两路正交的数字基带信号。低通滤波器的带宽参数设计根据不同的人工源信号需要进行不同的参数设置，在这里，主要考虑甚低频人工源信号的符号码元波特率为200Hz，由于MSK调制信号的能量主要集中在1.2/T
s
的频带范围内，因此此处的低通滤波器的截止频率设置为300
‑
400Hz。作为具体实施方式的一种，低通滤波器的截止频率可以设置为300Hz。
[0036]步骤S13、利用两路信号构造基波信号，进而求出附加相位。
[0037]步骤S2、对获取的附加相位进行极值点识别与标记处理。
[0038]步骤S3、进一步对标记得到的极值点进行去噪处理，以排除异常的极值点。
[0039]具体地，在步骤S3中，为了去除这种局部异常极值点，可以设置一个长度为T
a
的时间窗口，将相邻时间长度小于T
a
的极值点除掉，这个过程也称为自去噪。附加相位斜率的正负对应该段时间内码元a
k
的正负，其中的初始相位保证了相位连续性。由此可知，相位极值点表征了码元符号的取反变化，因而相邻正常两极值点间的时间间隔应该是T
s
的整数倍。
[0040]如图3所示，在本实施例的方案中，需要出去的异常极值点主要是来自于闪电干扰信号引发的时域波形的畸变导致的，这种扰动的出现持续时间通常约1毫秒，由此引发的异常极值点间隔通常小于1ms。也就是说，可以根据1ms来设置时间窗口T
a
，以达到更好的去噪效果，有效去除干扰，提高求时延准确性。
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甚低频人工源信号的时延提取方法，其特征在于，包括以下步骤：对所述甚低频人工源信号进行解调以得到该甚低频人工源信号的附加相位；对获取的所述附加相位进行极值点识别与标记处理；对标记得到的所述极值点进行匹配处理以得到包含时延信息的极值点组；获取所述极值点组的所有时延信号以得到该甚低频人工源信号的时延信息。2.根据权利要求1所述的甚低频人工源信号的时延提取方法，其特征在于，所述附加相位的获取过程包括：基于甚低频人工源信号的中心载波频率生成相互正交的两路中心载波频率；将生成的两路中心载波频率与接收的信号混频以进行频谱搬移从而得到两路信号；利用两路信号构造基波信号进而得到附加相位。3.根据权利要求2所述的甚低频人工源信号的时延提取方法，其特征在于，所述匹配过程包括：将两路信号中的任意一路信号作为主信号且另一路作为辅信号，将该主信号中的每个极值点作为主极值点，并将该辅信号中的每个极值点作为辅极值点，以所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾旭东，彭锐，程雯，李光剑，陈欢，陆开昊，汪鑫，倪彬彬，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：