基于互模糊函数的宽带信号时差估计

提出了一种新的高精度时差估计算法。传统的直接互相关测时差法,在低信噪比时的测量精度较差,不能满足高精度估计的要求。这种基于互模糊函数的算法与传统的直接互相关法相比,更适用于低信噪比情况下的时差估计。     

跳频信号互模糊函数相参积累时差和速度差估计方法

在运动多站定位场景下,宽带跳频通信信号的载频跳变会产生变化的多普勒频移,因此无法直接利用跳频信号的多个不同脉冲估计多普勒频率差,若仅估计单个跳频脉冲的时频差,则精度低而无法满足定位要求。针对此问题,提出了一种基于互模糊函数相参积累的宽带跳频信号时差和多普勒速度差估计方法。首先将宽带跳频信号的多普勒效应差建模为多普勒速度差,从而无需对多普勒频差进行估计,避免载频跳变对多普勒效应差估计造成影响,并建立了时变时差的时差和速度差信号模型。然后对各单跳信号的互模糊函数进行相位补偿以实现相位对齐,通过对相参积累后的互模糊函数进行时差和速度差的二维峰值搜索,可以得到多跳频脉冲信号初始时刻时差和速度差的相参估计结果。最后以Link16数据链信号为例对算法进行了仿真实验,验证了算法的正确性与精度优势。     

基于循环互相关的宽带信号时差估计

研究了定位中的宽带信号时差估计问题，给出了时差估计信号模型，分析了信号的循环相关特性，提出了基于宽带信号循环互相关的时差估计算法。最后采用计算机进行了仿真实验，给出了估计性能的曲线，并和广义相关算法进行比较，仿真实验表明本文所提算法具有较好的估计性能。     

基于互模糊函数的快速时差频差联合估计

针对无源定位中的时差频差联合估计问题,利用内积公式推导出了基于互模糊函数的时差频差联合估计公式,并提出了相应的快速实现算法。其中通过适当变换互模糊函数计算公式,将传统的二维时差频差搜索算法变为对信号内积进行快速傅里叶变换,然后对变换后的数据进行二维搜索,大大提高了时差频差联合估计的速度,降低了运算量。通过重构离散傅里叶变换项,并进行近似,进一步降低了运算量。仿真结果说明,两种算法都能得出准确的结果,改进的算法计算时间更少。     

窄带跳频信号的无模糊时差估计算法

针对跳频信号的高精度时差估计问题,分析了跳频信号相关函数的模糊特性,提出了基于多跳相干积累的跳频信号时差估计方法.多跳相关函数中存在周期副峰,将导致时差估计出现周期模糊,提出了两种消除模糊的方法——单跳时差平均法与相关函数包络拟合法.两种方法获得的时差粗值可以确定在相关主峰附近小范围精确搜索的搜索区间,在此区间内进行时差估计可以消除周期模糊.单跳时差平均法通过对单跳时差估计进行非相干平均获得时差粗值.相关函数包络拟合法通过搜索到的多个周期峰值,进行包络拟合获得时差粗值.仿真表明,两种算法性能明显优于常规的互模糊函数法,均能降低无模糊时差估计对相关输出信噪比的要求,提高无模糊时差估计所要求的频率间隔.相关函数包络拟合法性能更优,但运算量更大.     

宽带无源时差尺度差联合估计算法研究

针对宽带无源定位系统中运算复杂度与估计精度之间的矛盾,提出一种频域尺度相关粗测与非线性最小二乘精测相结合的时差频差联合估计算法。该算法采用经过频域重采样改进的频域相关算法,可以在极低运算量的情况下获得时差频差的估计初值,进一步采用平均方差函数替代宽带互模糊函数,从而通过非线性最小二乘算法迭代获得时差频差的精确值。仿真结果验证了提出的算法具有估计精度高、运算复杂度低的特点。     

复合调制雷达信号时差估计算法

现代雷达信号环境中, 复合调制信号正在逐步得到广泛应用。该文提出了一种针对频移键控与二相编码(FSK-BPSK)复合调制信号的时差估计算法。该算法紧密结合该信号子脉冲频率分布具有对称性, 时域长度具有一致性等特点, 通过子脉冲相关函数的理论推导得出FSK-BPSK复合调制脉冲信号的相关函数。最后利用相关函数拟合算法, 可根据观测数据进一步精确估计时间延迟(TDOA)。通过仿真实验, 证明该算法相比于其他时差估计算法, 其算法估计的准确性、抗噪性都有明显提升, 且适用于带宽较小的复合调制信号的时差估计情况。      

基于尺度变换的宽带线性调频信号时差/尺度差估计算法

提出了一种基于尺度变换的宽带线性调频信号时差和尺度差的快速算法.根据两路接收到的线性调频信号间调频率之比为尺度差的平方的特点,利用分数阶傅里叶变换分别估计出两路信号的调频率,即可获得尺度差的估计.将估计的尺度差对一路信号进行伸缩,并计算伸缩后信号与另一接收信号的时域相关,根据相关峰的位置估计出时差.相比于传统基于宽带互模糊函数的方法,该方法避免了二维搜索宽带互模糊函数的峰值,只需若干次快速傅里叶变换即可实现,能够显著降低运算量.仿真结果显示该方法在高信噪比下逐渐接近克拉美-罗下界.     

基于周期模糊函数理论的信噪比估计

周期模糊函数表示周期调制连续波信号的时延-频偏平面的相关,不同的信号具有不同的周期模糊函数。针对雷达中频信号的信噪比估计,提出了基于周期模糊函数理论的信噪比估计方法。根据信号和噪声在周期模糊函数中的不同位置具有不同的表现特征,推导了在高斯白噪声背景下基于周期模糊函数的信噪比估计公式,给出了实现算法,同时和其他信噪比估计算法进行了对比仿真分析。结果表明,基于周期模糊函数的信噪比估计方法,特别是对低信噪比情况下,估计精度高,算法简单,易于工程实现。     

基于分数傅里叶四阶中心矩的尺度差/时差估计

针对大瞬时宽带线性调频信号的时差/尺度差在低信噪比下估计精度下降和算法运算量大的问题。本文利用时频轴旋转、魏格纳分布和模糊函数的关系推导出分数阶傅里叶四阶中心矩和尺度差的关系式,通过寻找两路信号的分数阶傅里叶四阶中心矩在角度域的位置,即可获得尺度差的估计值。将估计的尺度差对一路信号进行伸缩,并计算伸缩后信号与另一接收信号的时域相关,根据相关峰的位置估计出时差,并对本文算法抗噪性进行定性推导。仿真结果表明,相比于分数阶傅里叶尺度变换时差/尺度差估计算法,本文算法提高了在低信噪比下时差/尺度差估计精度,并对算法抗噪性定量分析得出本文算法抗噪性更好。      

CDMA信号时差频差联合估计算法研究

针对CDMA信号时域频域同时重叠的特征,分析了不同用户的时差分布对互模糊函数计算的影响,总结了直接互模糊相关法的不足之处。在此基础上,提出了一种解扩后互模糊相关算法,并将其与直接互模糊相关算法进行性能比较,推导了解扩后互模糊相关对信噪比的改善值。仿真结果验证了解扩后互模糊相关算法具有抑制其他用户干扰和改善输出信噪比的优点。     

LS曲线拟合下的时差估计

针对时差估计（TDE）易受噪声影响产生模糊的问题,推导了单频信号、线性调频（LFM）信号以及二进制相移键控（BPSK）信号的互相关（CC）函数表达式,以最小二乘（LS）曲线拟合细化CC函数的幅度谱,获取精确的时差估计。首先对CC函数的幅度谱进行谱峰搜索,得到时差的粗估计,然后对CC函数的幅度谱以时差的粗估计为界,根据脉内调制类型,选择相应的一次或二次曲线,进行LS曲线拟合,降低噪声项对信号项的影响,可有效排除伪峰和局部最大,获得时差的精确估计。仿真结果显示,在信噪比大于6 dB时,BPSK信号的时差估计均方根误差接近零。     

FDM雷达信号的宽带模糊函数性能分析

OFDM(正交频分复用)雷达是近年来兴起的一种新体制雷达.由于其具有大时宽带宽积、良好的抗干扰性能、较高的频谱利用率和易于数字化处理等诸多优点近年来备受关注.OFDM雷达信号属于大时宽带宽积信号,在运用窄带模糊函数分析时具有一定的局限性,首先给出了OFDM雷达信号的回波模型,在此基础上推导出信号的宽带模糊函数表达式,分析了OFDM雷达的时频分辨性能.分析表明,OFDM信号具有近似图钉型的模糊函数,该结果可用于OFDM雷达系统的设计分析.     

OFDM雷达信号的宽带模糊函数性能分析

OFDM(正交频分复用)雷达是近年来兴起的一种新体制雷达。由于其具有大时宽带宽积、良好的抗干扰性能、较高的频谱利用率和易于数字化处理等诸多优点近年来备受关注。OFDM雷达信号属于大时宽带宽积信号,在运用窄带模糊函数分析时具有一定的局限性,首先给出了OFDM雷达信号的回波模型,在此基础上推导出信号的宽带模糊函数表达式,分析了OFDM雷达的时频分辨性能。分析表明,OFDM信号具有近似图钉型的模糊函数,该结果可用于OFDM雷达系统的设计分析。     

基于四阶互模糊函数的TDOA/FDOA参数估计研究

针对二阶互模糊函数在相干高斯噪声环境下会出现较大的噪声相关峰值,影响TDOA/FDOA参数正确估计的问题,利用高阶积累量对高斯噪声的不敏感特性,研究基于四阶互模糊函数的TDOA/FDOA参数估计方法,对该方法的参数估计过程进行了详细的理论分析,并针对二阶与四阶互模糊函数两种参数估计方法进行了对比仿真。仿真结果表明,基于四阶互模糊函数的TDOA/FDOA参数估计方法能有效克服噪声的相关性,但对噪声敏感,存在一定的理论研究价值。     

基于相参积累的宽带跳频信号时差和速度差联合估计方法

运动多站无源定位场景下,宽带跳频通信信号载频跳变会产生变化的多普勒频移,从而导致无法直接估计多脉冲跳频观测信号的多普勒频差,而单跳信号的时频差估计精度又不能满足定位要求。针对该问题,本文提出了一种跳频信号多脉冲相参积累的时差和多普勒速度差联合估计算法。首先对宽带跳频观测信号建立时差-多普勒速度差模型,然后对脉冲对的频域共轭积补偿相位后累加求和,最后通过代价函数的二维峰值搜索求得跳频信号时差和多普勒速度差估计值。仿真结果表明,本文所提方法相比于单跳方法和多脉冲非相参积累方法,估计精度提升显著且在中高信噪比条件下能够贴近CRLB,验证了所提方法的正确性与精度优势。     

基于虚拟旋转不变技术的宽带信号二维到达角估计

在相关信号子空间方法的基础上,本文提出了一种阵列宽带信号二维角度的估计方法。该方法首先利用虚拟互相关计算方法得到阵列输出的协方差矩阵,并构造出两个子阵(实际子阵和虚拟子阵);然后采用投影算子来形成聚焦矩阵,最后对聚焦后的协方差矩阵采用ESPRIT方法估计出宽带信号的二维到达角。这种方法能抑制非高斯噪声对算法的影响,并能扩展阵列孔径,且不需要进行角度预估计;估计出的二维角度能自动配对,提高了算法的实现速度。计算机仿真试验证实了该算法的有效性。     

对通信信号的时差估计技术

以循环相关理论为基础,讨论了利用循环互相关再相关法进行通信信号时差估计的算法原理,通过仿真验证了时差估计的效果。理论分析和仿真表明该算法具有优越的信号选择能力与干扰和噪声抑制能力;并指出了该方法的优缺点,阐明了该方法适合应用于对通信源的时差估计。     

射频窄带信号时差估计算法研究

研究了定位中的射频窄带信号时差估计问题,给出时差估计的信号模型,在研究传统广义相关时差估计算法及基于希尔伯特变换时差估计算法基础上,提出了广义相关希尔伯特差值时差估计算法。通过仿真实验,给出估计性能曲线,与广义相关法及希尔伯特变换时差估计算法相比,仿真结果表明该算法具有较好的估计性能。     

张量切片稀疏表示在宽带信号波达方向估计中的应用

本文提出了一种新颖的宽带信号波达方向（Direction of Arrival, DOA）估计方法。首先,本文利用窄带滤波器将阵元接收到的宽带信号分解成了若干窄带分量。接着,利用这些分离出来的窄带分量,计算出任意两个相邻阵元间的一系列频率互相关函数（Frequency Cross correlations, FCCS）并用于构造一个Toeplitz矩阵。在所有相邻阵元间进行相同的处理,将构造出的所有Toeplitz矩阵堆叠成一个张量。最后,本文利用切片稀疏表示（Slice sparse Representation, SSR）的思想实现该张量的稀疏表示并提出了相应的恢复算法实现其稀疏重构,宽带信号DOA估计也随之实现。在仿真中,本文将所提算法与现有代表性算法进行了对比,仿真结果展现了本文算法的有效性。