一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法技术

本发明专利技术涉及一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法，属于时频差无源定位技术领域。本发明专利技术针对频率捷变和重频抖动信号的复杂性，首先对接收机接收到的信号进行脉冲压缩，然后沿快时间维对脉冲压缩结果进行频域反转，并将频域反转前的数据与频域反转后的数据进行共轭相乘；再对共轭相乘的结果进行修正变尺度的傅里叶变换，以避免慢时间轴非均匀性的影响；最后再进行逆傅立叶变换，选取使逆傅里叶变换后峰值对应的距离差和距离差变化率。通过上述过程，本发明专利技术能够快速、准确地实现对频率捷变和重频抖动脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法
本专利技术涉及一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法，属于时频差无源定位

技术介绍
近些年来随着电子对抗的激烈程度不断提高，电子信号也变得越来越复杂，频率捷变和重频抖动信号(Frequency-agileandPRF-jitteringsignal)就是其中的一种。由于具有极好的抗干扰、低截获等其它固有的安全特性，发射频率捷变和重频抖动信号的辐射源也被广泛的用于高价值的民用和军用目标，例如高超声速飞行器装配的多功能雷达。针对频率捷变和重频抖动信号目标辐射源的无源定位面临极大困难，主要原因是时频差等定位参数难以准确估计。针对时频差估计问题，现有的方法主要针对连续且频率固定的信号。对于载频固定的脉冲信号，时间分集信号，可以用短时CAF方法进行相参积累估计。然而对于频率捷变和重频抖动信号，目前没有有效的估计方法。主要原因在于：FDOA随载频的变化而变化、分时处理后的慢时间维度相当于对时间非均匀采样导致传统基于FFT的参数估计方法难以直接被使用，从而难以进行相参估计。因此针对频率捷变和重频抖动信号，传统方法难以有效应对载频跳变、到达时间间隔非均匀等难点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法，以解决目前频率捷变和重频抖动信号的距离差和距离差变化率难以估计的问题。本专利技术为解决上述技术问题而提供一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法，该方法包括以下步骤：>1)获取位置不同两个接收机接收到的信号，并对获取的信号进行脉冲压缩，建立起两个接收机距离差和距离差变化率与脉冲幅频信号的关系；2)沿快时间维对脉冲压缩结果进行频域反转，并将频域反转前的数据与频域反转后的数据进行共轭相乘；3)对共轭相乘的结果进行修正变尺度的傅里叶变换，所述修正变尺度的傅立叶变换为：其中，代表修正变尺度的傅里叶变换操作，T(tm,f)为步骤2)中共轭相乘的结果，是相对于tmf的频率域，tm为慢时间，f为信号频率，ξ是缩放因子；4)对修正变尺度的傅里叶变换结果沿快时间频率维进行逆傅里叶变化，选取使逆傅里叶变换后峰值对应的距离差和距离差变化率。本专利技术针对频率捷变和重频抖动信号的复杂性，首先对接收机接收到的信号进行脉冲压缩，然后沿快时间维对脉冲压缩结果进行频域反转，并将频域反转前的数据与频域反转后的数据进行共轭相乘；再对共轭相乘的结果进行修正变尺度的傅里叶变换，以避免慢时间轴非均匀性的影响；最后再进行逆傅立叶变换，选取使逆傅里叶变换后峰值对应的距离差和距离差变化率。通过上述过程，本专利技术能够快速、准确地实现对频率捷变和重频抖动脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计。进一步地，为快速准确实现脉冲压缩，所述步骤1)中的脉冲压缩是沿快时间微进行快速傅里叶变换得到。进一步地，其特征在于，所述步骤1)中脉冲压缩的结果为：其中tm是慢时间，τ＝t-tm是快时间，fc,m为捷变的不同脉冲的载频，r和分别为两个接收机的距离差及其变化率。进一步地，所述步骤4)中的逆傅立叶变换为快速傅立叶反变换。进一步地，所述步骤4)中得到的距离差和距离差变化率为：其中为距离差，为距离差变化率，c为信号传输速度，tmax和分别表示取最大值时t和fm的取值，表示沿快时间频率维的逆傅里叶变化结果。附图说明图1是本专利技术脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法的流程图；图2是本专利技术实施例中的无源定位三维场景示意图；图3是本专利技术实施例中两个接收机信号的分时处理流程图；图4-a是本专利技术实施例中的得到脉冲压缩结果示意图；图4-b是本专利技术实施例中进行频率反转并共轭相乘前后的信号相位示意图；图4-c是本专利技术实施例中直接对共轭相乘结果进行非均匀快速傅立叶变换的结果示意图；图4-d是本专利技术实施例中对共轭相乘结果进行MSNUFFT的结果示意图；图4-e是本专利技术实施例中对MSNUFFT结果进行逆快速傅立叶变换(IFFT)的结果示意图；图4-f是本专利技术实施例中不进行频率反转的参数估计结果示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。本专利技术先对每个频率捷变和重频抖动信号进行检测和采集，对接收机接收到的频率捷变和重频抖动的脉冲信号进行分时处理，以其中一个接收机接收到的信号为参考信号，进行脉冲压缩；然后对于脉冲压缩的结果，利用频域反转技术消除信号的随机相位，并采用本专利技术的修正变尺度非均匀快速傅里叶变换进行处理；最后修正的结果沿快时间频率维进行逆傅里叶变化，实现脉冲的相参积累，完成对距离差和距离差变化率的联合估计。该方法的具体实现流程如图1所示，具体过程如下。1.获取位置不同的两个接收机的信号，并对获取的信号进行脉冲压缩。在无源定位系统中，一般会包含有辐射源和若干位置不同的接收机，如图2所示，本实施例中各包括发射源E、接收机A和接收机B，接收机A和B接受辐射源E的信号，采用分时处理技术，如图3所示，得到各个接收机接收到的信号。由于接收机的位置，同一辐射源的脉冲信号到达各接收机的时间也不同相同，同时，发射源E、接收机A和接收B都是移动的，例如，辐射源为安装在飞机上的雷达设备，接收A和接收机B为安装在不同轮船上的接收设备。对于接收机A和接收机B而言，假设相对的距离差及其变化率分别为r和r，则两路接收信号的模型为：xA(tm,τ)＝s(τ)+n1(τ)其中，tm是慢时间，τ＝t-tm是快时间，fc,m为捷变的不同脉冲的载频，c为脉冲信号的速度。将其中一路信号作为参考信号，对上述两路信号进行脉冲压缩，脉冲压缩为：xC(tm,τ)＝xA(tm,τ)·xB*(tm,τ)对上述脉冲压缩结果沿快时间维的进行快速傅里叶变换，快速傅里叶变换的结果如下：本实施例中的通过上述过程得到的脉冲压缩的结果如图4-a所示。2.利用频域反转对步骤1得到的结果进行处理，以消除信号的随机相位。对于上述经过脉冲压缩得到的信号，沿快时间频率维进行反转，可以得到将Xc(tm,f)和进行共轭相乘，相乘结果如下：观察上式可以看到，由于频率捷变造成的随机相位已经被完全消除，3.对频域反转的结果进行修正变尺度的傅里叶变换。由于步骤2得到的T(tm,f)中tm和f之间存在线性耦合，这个耦合将会影响信号在RD和RRD平面上的分布，同时由于重频抖动导致慢时间轴tm是非均匀的，导致传统的基于FFT的算法不能直接拿来使用。本实施例采用修正变尺度的快速傅里叶变换(modifiedscalednon-uniformfastFouriertransform,MSNUFFT)对T(tm,f)处理，MSNUFFT根据文献《基于运动参数非搜索估计的ISAR成像技术研究》提出的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n1)获取位置不同两个接收机接收到的信号，并对获取的信号进行脉冲压缩，建立起两个接收机距离差和距离差变化率与脉冲幅频信号的关系；/n2)沿快时间维对脉冲压缩结果进行频域反转，并将频域反转前的数据与频域反转后的数据进行共轭相乘；/n3)对共轭相乘的结果进行修正变尺度的傅里叶变换，所述修正变尺度的傅立叶变换为：/n

【技术特征摘要】
1.一种脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)获取位置不同两个接收机接收到的信号，并对获取的信号进行脉冲压缩，建立起两个接收机距离差和距离差变化率与脉冲幅频信号的关系；
2)沿快时间维对脉冲压缩结果进行频域反转，并将频域反转前的数据与频域反转后的数据进行共轭相乘；
3)对共轭相乘的结果进行修正变尺度的傅里叶变换，所述修正变尺度的傅立叶变换为：



其中，代表修正变尺度的傅里叶变换操作，T(tm,f)为步骤2)中共轭相乘的结果，是相对于tmf的频率域，tm为慢时间，f为信号频率，ξ是缩放因子；
4)对修正变尺度的傅里叶变换结果沿快时间频率维进行逆傅里叶变化，选取使逆傅里叶变换后峰值对应的距离差和距离差变化率。


2.根据权利要求1所述的脉冲信号的距离差和距离差变化率的联合估计方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵闯，姜宏志，胡德秀，赵拥军，杨静，刘成城，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41