跳频信号时差估计与直接定位方法研究

发布时间：2019-09-21 18:06

【摘要】：跳频通信因其杰出的抗窄带干扰、抗截获性能成为现代无线通信的重要手段,在GSM(Globe System for Mobile)系统、蓝牙、无人机通信以及军事通信等多种领域得到广泛应用。跳频通信的普遍使用也给跳频信号的侦察与监管问题带来了挑战。本文针对此问题开展工作,研究了跳频信号的时差参数估计与直接定位方法。与定频信号相比,跳频信号的时差参数估计与直接定位方法研究的关键在于如何利用跳频信号的时频特性,综合利用多跳信号提高时差参数估计与直接定位的性能。本文的主要内容与创新点概括如下:1.在不同信道模型下推导分析了跳频信号的最大似然TDOA(Time Difference of Arrival)估计算法与CRB(Cramer-Rao lower bound)。通过显性的CRB表达式揭示了跳频信号各参数对TDOA估计精度的影响关系,并清晰地分析了不同模型与算法下的CRB之间的关系,在理论上证明平坦信道下跳频信号的最大似然TDOA估计算法性能远高于双线性相位差分的方法。随后,从理论上分析了跳频信号相关函数周期峰现象的形成原因,并提出相应的解决思路和方法。最后提出了快速的跳频信号TDOA估计方法,以解决慢速宽带跳频信号数据量大的问题。2.研究了跳频信号的TDOA直接定位算法。首先,在平坦衰落信道条件下构建了跳频信号的直接定位模型。在此基础上,分别从最大似然和最小二乘的角度推导了单个跳频网台的时差直接定位算法,并推导了跳频TDOA直接定位的CRB。然后,对跳频信号时差直接定位的分辨率进行了分析。针对跳频多网台的情况,在幅度一致和幅度不一致的跳频多网台信号条件下,分别提出了相应的跳频多网台TDOA直接定位方法,实现了时频混叠跳频多网台的同时定位。3.研究了窄带信号的DOA(Direction of Arrival)直接定位方法。首先,介绍了同步观测条件下的窄带信号DOA直接定位模型和方法,包括单目标与多目标的情况,并提出了窄带信号的MUSIC(Multiple Signal Classification)直接定位算法。在此基础上,研究了异步观测条件下的窄带信号DOA直接定位模型和方法,分别提出了异步条件下的CBF(Conventional Beamforming)直接定位方法、MVM(Minimum Variance Method)直接定位和MUSIC直接定位方法。针对相干信号的情况,提出了FBLP(Forward-Backward Linear Predictor)直接定位方法,实现了相干信号的直接定位。4.研究了跳频信号的DOA直接定位算法。在窄带信号DOA直接定位研究基础上,基于ISSM(Incoherent Signal Subspace Method)思想并结合跳频信号特点,分别在同步观测和异步观测下提出了跳频信号的CBF直接定位方法、MVM直接定位方法和MUSIC直接定位方法。这些方法都综合利用了跳频信号的多跳信号构建总代价函数,实现了不同场景下跳频信号的DOA直接定位。5.针对时差直接定位算法开展了外场试验验证。依靠现有条件,在外场环境下,搭建了三站时差定位试验系统。在真实环境下,分别利用E4438C信号源BPSK信号、无人机图传信号和无人机跳频遥控信号进行了时差直接定位和时差两步法定位的试验,通过试验结果验证了时差直接定位方法性能优于时差两步定位法。
【图文】：

跳频网,信号,跳频通信,广泛应用

某跳频网台信号时频图

过程图,目标定位,过程图,直接定位

(a) (b)图 1-4 目标定位过程图。(a)传统无源定位过程；(b)直接定位过程数据，提出了多阵列的最大似然直接定位算法。在单目标直接定位研究的基础上Weiss 也对多目标的直接定位进行了研究[107-111]。文献[107]和[108]通过所有采集
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN914.41

【参考文献】