用于定位未知信号的来源的方法和设备技术

一种定位由接收天线（１６，１８）通过中继卫星（１２，１４）接收的变化频率的未知信号源的方法，包括把接收信号下变频到第一中频（ＩＦ）以及把下变频的信号进行频带限制。通过调节本地振荡器（Ｌ０）下变频频率来抵销未知信号的频率改变，而把该频带受限的信号限制在预先安排的捕获信号带宽内。被下变频的信号通过使用差分时间偏移的试验值被相对在时间上被偏移，以及对于每个试验值确定它们的相关值，以便提供实际偏移。对相关相位角的改变进行补偿，这是由信号在试验偏移的时间间隔期间经受不同的Ｌ０频率下变频得到的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于定位通过多个信号中继接收的未知信号的来源的方法和设备。本专利技术具体地关系到使用地球轨道卫星中继的通信。在卫星通信信道中出现的干扰是严重的问题，它会拒绝合法用户对信道的使用。干扰的出现每年以千计，并且由于基于卫星的业务激增，个人卫星通信的出现，以及对地静止弧的不断增加的拥塞，干扰很可能增加。干扰来自于设备故障或人为错误，诸如天线的不正确的取向，但它也有可能代表故意的未经授权地使用卫星通信信道，或试图使它不接受其他用户。在IEEE Trans.on Aerospace and Electronic Systems，Vol.AES-18，No.2，March 1982中，P C Chestnut描述定位未知信号源的基本技术它包括确定从源中继到接收机的两个信号的到达时间差(TDOA)和/或到达频率差(FDOA)。这两个信号沿着两条独立的信号路径被中继到接收站。TDOA和FDOA也被称为差分时间偏移(DTO)和差分频率偏移(DFO)或差分多卜勒。从两个接收信号确定DTO和DFO的技术在S.Stein的、题目为“Algorithms for Ambiguity FunctionProcessing(用于模糊度函数处理的算法)”，IEEE Trans.on AcousticsSpeech and Signal Processing，Vol.ASSP-29，No.3，June 1981的文章中描述。该技术包括通过把信号相乘和对它们的乘积进行积分而得出在信号之间的相关程度。试验的相对时间移位和频率偏移被顺序地引入到信号之间，以及对于每个值确定它们的相关。使得相关值最大化的时间移位和频率偏移被取为所需要的DTO和DFO，须经校正以用于在卫星转发器中的信号传播延时和在卫星及处理过程中的频率移位。美国专利No.5,008,679涉及引入两个中继卫星和使用DTO和DFO测量的发射机定位系统。中继卫星处在对地静止的或地球同步的轨道上，以及它们把信号沿着两条独立的信号路径中继到接收站，即地面-卫星-地面路径。每个卫星接受来自源的信号(上行链路)，通过使用周转振荡器把信号进行频率移位，以及把它的频率移位的等价物返回到地面接收机(下行链路)。两个信号路径长度通常是不等的，这给出到接收机的两个信号到达时间，它们相差TDOA值。FDOA是由于中继卫星相对于地球和互相运动而引起的，它使得下行链路信号频率发生多卜勒频移因为卫星速度不同，多卜勒频移通常是不相等的，所以信号传送通过各个卫星以后，它们的频率是不同的。在下行链路的重新发射之前两个卫星用于混频上行链路信号的各个频率变换或周转振荡器的频率之间的差值也对信号频率差有贡献。两个卫星的位置和速度以及接收站的位置是已知的，且恒定的TDOA或FDOA的点轨迹在每种情形下都是一个面，该面与地球表面相交，规定了一条被称为位置线(LOP)的曲线。在不同时间的TDOA或FDOA的两个测量，或在一个或多个时间的每次一个测量，提供两个LOP，它们在要被定位的源的位置处交叉。在现有技术中，TDOA也被称为差分时间偏移(DTO)以及FDOA也被称为差分频率偏移(DFO)或差分多卜勒频移，DTO和DFO的表示式将在后面被使用。相关的程度是从由下式规定的、所谓的交叉模糊度函数或CAF A(τ，υ)被确定的A(τ,v)=∫-T/2T/2s1*(t)s2(t+τ)e-2πivtdt---(1)]]>其中A(τ，υ)是在接收站接收后试验时间移位τ和试验频率移位υ在处理中被引入到两个复数信号s1(t)和s2(t)之间后，这两个复数信号的乘积的积分。在s1*(t)中的星号表示复数共轭。A(τ，υ)的模(即|A(τ，υ)|)的最大值是在作为两个变量τ和υ的函数的|A(τ，υ)|面上的峰值，以及产生这个峰值的τ和υ的数值是所需要的DTO和DFO。由于|A(τ，υ)|是两个变量τ和υ的函数，所以它是二维的以及规定了被称为模糊度面的面它可以通过使用快速富立叶变换(FFT)技术被计算。在一个这样的方法中，在模糊度面上的一连串的线是对于改变的υ(试验DTO)和τ(试验DFO)的各个恒定值被计算的这把面有效地分解为一系列垂直于τ轴的一维分片以及被称为“DFO分片”。计算DFO分片的有效的运算是FFT(s1*(t)s2(t+τ))。对于τ的每个实际的数值执行这个计算且组合分片便给出模糊度面。授权给Haworth的美国专利No.6,018,312涉及一种发射机定位系统，它利用传送经过与未知信号相同的卫星中继且与该未知信号相位相干地处理的参考信号。该参考信号被使用来去除误差源和工作限制它给出改进的精度并扩展可以进行测量的条件的范围。通过使用宽带方法抵销误差源的另一个技术，在授权给Webber等的美国专利No.5,594,452中被揭示。国际专利申请No.GB00/02940涉及对美国专利No.6.018,312的技术的修正方案，以处理时变的DTO和DFO的问题。在定位频率捷变的干扰源(即，以载频中的改变为条件的干扰)时，有特别的困难。其原因为如下由复数交叉模糊度函数表示的相关过程的性能取决于得到输出的信号噪声比(SNR)，它由下式规定SNR=2BTsnr1snr21+snr1+snr2,---(2)]]>其中B是被使用来接收来自各个卫星的信号的主要和次要接收机通道的捕获样本带宽，以及T是在对于CAF A(τ，υ)的公式(1)中规定的积分时间。捕获样本带宽是信号可由接收机检测时所必须处在的带宽，以及这由接收机的信号处理系统规定。主要通道是与指向受干扰影响的卫星的基于地面的接收机或天线相关的，以及次要通道是与针对另一个卫星的另一个接收机相关的，通过这个卫星，造成干扰的未知的发射机也是可检测的。项snr1和snr2分别是在主要通道和次要通道中的输入信号噪声比。项2BT被称为处理增益。为了达到可靠地检测在CAF A(τ，υ)的模|A(τ，υ)|中的相关峰值，公式(2)中的SNR应当超过约100(即，20dB)如果snr1和snr2是固定的，这个准则规定对于成功地定位未知的源所需要的处理增益2BT。对于来自未知的发射机的固定频率信号，即，具有恒定的载频的信号，相关接收机信道的最大可提供的处理增益是信道积分时间乘以它的复数采样速率(等于它的捕获样本带宽，在后面更详细地描述)的两倍。这个样本带宽被设置为尽可能接近信号的瞬时带宽，以使得外来信号和噪声分量最小化。未知的发射机可以从非静止(改变的)载频产生信号，在这种情形下，与卫星中继有关的干扰也改变频率获取这种干扰和把它保持在接收机信道的捕获样本带宽内，需要宽带采样，所以，需要的处理增益比恒定的载频干扰等价物中的更高。典型的接收机信道包含模拟-数字变换器(ADC)和贮存设施，前者的速度和后者的能力也是在仍旧成功地实行地球定位的同时，信道可容忍的、干扰频率的最大改变速率方面的限制因素。而且，展宽接收机信道的捕获样本带宽必定会使得以下情况更有可能不想要的信号将被包括在公式(1)中规定的相关运算中这加到有关干扰的噪声电平上，所以，减小了在主要和次要通道中的信号噪声比；它也给模糊度面提供了与该相关未知发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位通过多个信号中继被接收的变化频率的未知信号的来源的方法，该方法包括以下步骤：（ａ）安排多个接收机接收经过各个信号中继的未知信号；（ｂ）使用本地振荡器（ＬＯ）信号把由各个接收机接收的信号下变频到中频（ＩＦ）；（ｃ）在接收信 号之间引入差分时间偏移（ＤＴＯ）的试验值；其特征在于，该方法还包括以下步骤：（ｄ）通过调节ＬＯ信号频率来抵销未知信号的频率改变，而把下变频的信号限制在预先安排的带宽内；以及（ｅ）借助于偏移和ＬＯ信号频率调节，抵销在时间上相对偏移 的和与不同的ＬＯ频率有关联的、被相关信号的相关相位角的改变。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：RM赖德奥特，PR埃德蒙兹，SR杜克，DP哈沃斯，C格里芬，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]