跳頻信號時差估計與直接定位方法研究.pdf

1、跳頻通信因其杰出的抗窄帶干擾、抗截獲性能成為現(xiàn)代無線通信的重要手段，在GSM(Globe System for Mobile)系統(tǒng)、藍牙、無人機通信以及軍事通信等多種領域得到廣泛應用。跳頻通信的普遍使用也給跳頻信號的偵察與監(jiān)管問題帶來了挑戰(zhàn)。本文針對此問題開展工作，研究了跳頻信號的時差參數(shù)估計與直接定位方法。與定頻信號相比，跳頻信號的時差參數(shù)估計與直接定位方法研究的關鍵在于如何利用跳頻信號的時頻特性，綜合利用多跳信號提高時差參數(shù)估計與直

2、接定位的性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在不同信道模型下推導分析了跳頻信號的最大似然TDOA(Time Difference of Arrival)估計算法與CRB(Cramer-Rao lower bound)。通過顯性的CRB表達式揭示了跳頻信號各參數(shù)對TDOA估計精度的影響關系，并清晰地分析了不同模型與算法下的CRB之間的關系，在理論上證明平坦信道下跳頻信號的最大似然TDOA估計算法性能遠高于雙線性相位差分的方法。隨后，從

3、理論上分析了跳頻信號相關函數(shù)周期峰現(xiàn)象的形成原因，并提出相應的解決思路和方法。最后提出了快速的跳頻信號TDOA估計方法，以解決慢速寬帶跳頻信號數(shù)據(jù)量大的問題。⑵研究了跳頻信號的TDOA直接定位算法。首先，在平坦衰落信道條件下構建了跳頻信號的直接定位模型。在此基礎上，分別從最大似然和最小二乘的角度推導了單個跳頻網(wǎng)臺的時差直接定位算法，并推導了跳頻TDOA直接定位的CRB。然后，對跳頻信號時差直接定位的分辨率進行了分析。針對跳頻多網(wǎng)臺的情況

4、，在幅度一致和幅度不一致的跳頻多網(wǎng)臺信號條件下，分別提出了相應的跳頻多網(wǎng)臺TDOA直接定位方法，實現(xiàn)了時頻混疊跳頻多網(wǎng)臺的同時定位。⑶研究了窄帶信號的DOA(Direction of Arrival)直接定位方法。首先，介紹了同步觀測條件下的窄帶信號DOA直接定位模型和方法，包括單目標與多目標的情況，并提出了窄帶信號的MUSIC(Multiple Signal Classification)直接定位算法。在此基礎上，研究了異步觀測條件下

5、的窄帶信號DOA直接定位模型和方法，分別提出了異步條件下的 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。針對相干信號的情況，提出了FBLP(Forward-Backward Linear Predictor)直接定位方法，實現(xiàn)了相干信號的直接定位。⑷研究了跳頻信號的DOA直接定位算法。在窄帶信號DOA直接定位研究基礎上，

6、基于ISSM(Incoherent Signal Subspace Method)思想并結合跳頻信號特點，分別在同步觀測和異步觀測下提出了跳頻信號的 CBF直接定位方法、MVM直接定位方法和MUSIC直接定位方法。這些方法都綜合利用了跳頻信號的多跳信號構建總代價函數(shù)，實現(xiàn)了不同場景下跳頻信號的DOA直接定位。⑸針對時差直接定位算法開展了外場試驗驗證。依靠現(xiàn)有條件，在外場環(huán)境下，搭建了三站時差定位試驗系統(tǒng)。在真實環(huán)境下，分別利用E4438