无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110703207A(43)申请公布日2020.01.17(21)申请号201910927395.2(22)申请日2019.09.27(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人夏春秋黄翔东(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人李林娟(51)Int.Cl.G01S7/02(2006.01)G01S13/50(2006.01)G01S13/58(2006.01)G01R23/02(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图6页(54)发明名称无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置(57)摘要本发明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。装置包括：模数转化器、DSP芯片、输出驱动及显示模块，本发明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，使得参数估计算法效率高、计算复杂度低。CN110703207ACN110703207A权利要求书1/1页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。3.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。4.一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，其特征在于，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。2CN110703207A说明书1/7页无源定位的低频多普勒频率差测量方法及装置技术领域[0001]本发明涉及数字信号处理技术领域，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。背景技术[0002]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。[0003]正弦信号的参数测量是学术界和工程界的经典问题：[0004]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。[0005]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。[0006]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