用于定位一个未知信号的源的方法和设备技术

一种确定发送信号到多个卫星中继站（１４和１６）的未知源（１０）的位置的方法包括从在接收机（１８）处的中继站接收复制信号。接收机（１８）还通过各自的中继站（１４和１６）发送和接收参考信号。所有的信号都被下变频，数字化并使用一个相关函数彼此成对相关，该相对函数包括一项，其补偿时变微分频率偏移（ＤＦＯ）。对于时变微分时间偏移或时间扩展的补偿是通过复制或附加信号取样和应用相位相关来实现的。该过程将使得能够获得相关最大值和相关的测量结果而不管缓解该过程的中继卫星的运动的影响。结果使用在定位未知发射机的现有的几何技术之中。（*该技术在2020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一个由多个信号中继站接收的未知信号的源的方法和设备。在IEEE Trans.On Aerospace & Electronic Systems，Vol.AES-18，No.2，March 1982中，PC Chestnut描述了定位一个未知信号的源的基本技术，例如一种地面通信天线；它包括确定两个信号的到达时间差(TDOA)和/或到达频率差(FDOA)，该两个信号是通过以在对地静止或同步执道中的中继卫星形式的各自的截取平台从该源转发到接收机的。这两个信号通过卫星沿两个独立的信号路径，即地-卫星-地路径到接收站进行转发。一个卫星处在源天线辐射方向图的主波束或主波辫中，而另一个卫星处在一个旁辫中。每个卫星从该源接收一个信号(上行链路)，使用交接振荡器使其频率偏移并对一个地面接收机返回其频偏等效值(下行链路)。该两个信号路径长通常是不相等的，而正是这一点在接收机处给出两个信号到达时间差为TDOA值。FDOA是由于中继卫星相对地球和互相的移动所引起，该多谱勒偏移对两个下行链路信号的频率都同样发生。两个卫星和接收站的位置是已知的，在每个情况下固定的TDOA或FDOA的点的轨迹是与地球表面相交的一个面用以确定称为位置线(LOP)的一条曲线。在不同的时间TDOA或FDOA的两个测量，或在一次或多次每次的测量将提供两个在欲定位的源的位置处相交的LOP。TDOA也被称为微分时间偏移(DTO)，而FDOA也可被称为微分频率偏移(DFO)或微分多谱勒偏移。从两个接收的信号确定TDOA和FDOA的技术在下列标题的文章中加以描述S Stein“Algorithms for Correlation FunctionProcessing”，IEEE Trans.On Acoustics Speech and Signalprocessing，Vol.ASSP-29，No.3，June 1981。在US5,008,679中也描述了关于包括两个中继卫星的发射机定位系统，并使用TDOA和FDOA测量。该技术包括通过将信号相乘在一起并将其积积分来导出其间相关的程度。在信号间按序引进试验性的相对时间偏移和频率偏移并为每一个确定它们的相关性。在校准卫星应答器中信号传播延迟和在卫星中以及处理过程中的频率偏移的条件下，使相关性最大值的时间偏移和频率偏移被取作为所要求的TDOA和FDOA。相关性程度是根据由Stein所指的交叉模糊函数或由下式所定义的CAF A(τ，ν)确定的A(τ,ν)=∫0Tz1*(t)z2(t+τ)e-2πiνtdt-----(1)]]>A(τ，ν)是在接收站接收之后的处理中，在试验性时间偏移τ和试验性频率偏移ν已插入在它们之中之后两个信号z1(t)和z2(t)乘积的积分。在z1*(t)中的星点表示复数共轭。当获得A(τ，ν)的模的最大值即|A(τ，ν)|时，这是在面|A(τ，ν)|中的相关峰值作为两个变量τ和ν的函数，对于该峰值而言τ和ν的值是所要求的TDOA和FDOA。US5,008,679的系统要求准确知道卫星位置和速度，并且要求在地面站和卫星振荡器中高稳定的相位。其带宽受限，因为卫星轨道倾斜地球赤道平面，并需要两个接收机处于同一地点并具有公共的时间和频率基准。在PCT合作条约下的国际专利申请号PCT/GB95/02211，其公开号为WO97/11383，涉及一个发射机定位系统，该系统采用通过相同卫星中继站的一个参考信号作为未知信号并按与其相位相干性进行处理。该参考信号被用来消除早期技术均经受到的大量的误差源和限制，从而给出在宽范围条件下改善了的使用精度和能力。不管这种改善已惊奇地发现经常不可能识别CAF面|A(τ，ν)|中的相关峰值-能看到的全部是噪声。在授权于Webber等的美国专利US5,594,459中公开了用一种宽带近似消除误差源的相关的但并不相同的技术。本专利技术的目的在于提供用于发射机定位的可选择的方法和设备。本专利技术提供一种定位由多个信号中继站接收的未知信号的源的方法，该方法包括步骤(a)配置多个接收机接收通过各自的信号中继站的未知信号的复制信号；以及(b)将复制信号进行相关处理；其特征在于用一个复相关函数(CCF)执行步骤(b)的相关处理，该函数至少部分地补尝复制信号微分频率偏移(DFO)中由于中继站相对源和接收机移动而随时间的变化。在本专利技术的优选实施例中，步骤(b)中的相关处理还用适于同相的和经受数据复制或去除的数据组来执行，以消除因中继站相对源和接收机移动而引起的时间扩展。如以上所表明的那样已发现使用现有技术的模糊函数不能获得相关峰值的理由在于中继站相对流和接收机的移动。在实际中对于对地静止的卫星而言是非常惊奇的，因为在一个测量间隔上迄今已被认为是不移动的，接着这意味着在同样的地点它影响全部的测量。单独的卫星移动在某些情况但并非其他情况已不可能期待来形成一个可获得的相关峰值。不管这些，按本专利技术已公开信号的相关性受到将其沿连接到源和接收机的线路的中继卫星的速度和加速度分量的影响，其导至复制的DFO和微分时间偏移(DTO)是时间相关的。如上所指出的通过使用该相关函数可以补偿DFO变化，并且在需要的场合DTO变化也可用数据取样来补偿。步骤(b)中的相关处理可包括在复制信号和计算它们的相关性之间插入一个试验性时间偏移，并重复此步骤以获得一个相关最大值并导出至少一个复制的DTO和DFO；它可以用包函一个时间函数的指数的CCF来执行，该时间函数具有为一个固定的DFO值的第一项以及为时间和DFO随时间的变化率的固定的值的积的第二项，即一个固定的微分频率比率偏移(DFRO)值，其中步骤(b)还包括在计算相关性之前插入相应于DFRO的一个试验值并对每个其他类型重复一种类型的试验值，由此对其他类型的多个值重复，然后确定一个DFRO值适当至少部分地补偿DFO随时间的变化。该CCF可以表示为由下式给出的A(τ0，b1，b2)A(τ0,b1,b2)=∫0Tz1*(t)z(t+τ0)e-2πi(b1+2b2t)tdt-----(2)]]>这里z1和z2是表示在传送不同路径后相关的两个信号的数据组，星点表示z1的复数共轭，T表示取数据组的时间，τ0是该信号的DTO。而b1和b2对其DFO随时间t变化的线性近似表示是常数DFO≡ν＝b1+2b2t (3)这里b1是在数据记录初始时的初始固定DFO值，而2b2是DFRO，如以上定义的那样。该固定的DFO值b1在每重复步骤(b)之后对频域而言可以由方程(2)的乘积z1*(t)z2(t+τ0)exp(-2πib2t2)的富氏变换来确定(即忽略b1项)，b1因此被确定为产生CCF最大值的频率。而这将减少要求的计算量，因为它避免了步进通过b1的试验值并且为每一个重新计算CCF。对于N个取样的一个数据组，它减少了从N2到NlogeN范围的计算量，实质上减少了对大的数N～106的计算量。可以用适于同相的取样数据组和取样数执行相关，取样在该组中重复或从该组中去除，据此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位由多个信号中继站接收的一个未知信号的源的方法，该方法包括步骤： （ａ）配置多个接收机（１８）通过各自的信号中继站（１４，１６）接收复制的未知信号；以及 （ｂ）使该复制信号经受相关处理； 特征在于在步骤（ｂ）中的相关处理用一个复相关函数（ＣＣＦ）执行，该函数至少部分地补偿因中继站相对源和接收机移动该复制信号的微分频率偏移（ＤＦＯ）随时间的变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SR杜克，PR埃蒙兹，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]