跳頻信號(hào)時(shí)差估計(jì)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(lán)牙、無人機(jī)通信以及軍事通信等多種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。跳頻通信的普遍使用也給跳頻信號(hào)的偵察與監(jiān)管問題帶來了挑戰(zhàn)。本文針對(duì)此問題開展工作，研究了跳頻信號(hào)的時(shí)差參數(shù)估計(jì)與直接定位方法。與定頻信號(hào)相比，跳頻信號(hào)的時(shí)差參數(shù)估計(jì)與直接定位方法研究的關(guān)鍵在于如何利用跳頻信號(hào)的時(shí)頻特性，綜合利用多跳信號(hào)提高時(shí)差參數(shù)估計(jì)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(dǎo)分析了跳頻信號(hào)的最大似然TDOA(Time Difference of Arrival)估計(jì)算法與CRB(Cramer-Rao lower bound)。通過顯性的CRB表達(dá)式揭示了跳頻信號(hào)各參數(shù)對(duì)TDOA估計(jì)精度的影響關(guān)系，并清晰地分析了不同模型與算法下的CRB之間的關(guān)系，在理論上證明平坦信道下跳頻信號(hào)的最大似然TDOA估計(jì)算法性能遠(yuǎn)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(hào)相關(guān)函數(shù)周期峰現(xiàn)象的形成原因，并提出相應(yīng)的解決思路和方法。最后提出了快速的跳頻信號(hào)TDOA估計(jì)方法，以解決慢速寬帶跳頻信號(hào)數(shù)據(jù)量大的問題。⑵研究了跳頻信號(hào)的TDOA直接定位算法。首先，在平坦衰落信道條件下構(gòu)建了跳頻信號(hào)的直接定位模型。在此基礎(chǔ)上，分別從最大似然和最小二乘的角度推導(dǎo)了單個(gè)跳頻網(wǎng)臺(tái)的時(shí)差直接定位算法，并推導(dǎo)了跳頻TDOA直接定位的CRB。然后，對(duì)跳頻信號(hào)時(shí)差直接定位的分辨率進(jìn)行了分析。針對(duì)跳頻多網(wǎng)臺(tái)的情況

4、，在幅度一致和幅度不一致的跳頻多網(wǎng)臺(tái)信號(hào)條件下，分別提出了相應(yīng)的跳頻多網(wǎng)臺(tái)TDOA直接定位方法，實(shí)現(xiàn)了時(shí)頻混疊跳頻多網(wǎng)臺(tái)的同時(shí)定位。⑶研究了窄帶信號(hào)的DOA(Direction of Arrival)直接定位方法。首先，介紹了同步觀測(cè)條件下的窄帶信號(hào)DOA直接定位模型和方法，包括單目標(biāo)與多目標(biāo)的情況，并提出了窄帶信號(hào)的MUSIC(Multiple Signal Classification)直接定位算法。在此基礎(chǔ)上，研究了異步觀測(cè)條件下

5、的窄帶信號(hào)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(duì)相干信號(hào)的情況，提出了FBLP(Forward-Backward Linear Predictor)直接定位方法，實(shí)現(xiàn)了相干信號(hào)的直接定位。⑷研究了跳頻信號(hào)的DOA直接定位算法。在窄帶信號(hào)DOA直接定位研究基礎(chǔ)上，

6、基于ISSM(Incoherent Signal Subspace Method)思想并結(jié)合跳頻信號(hào)特點(diǎn)，分別在同步觀測(cè)和異步觀測(cè)下提出了跳頻信號(hào)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(hào)的多跳信號(hào)構(gòu)建總代價(jià)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同場(chǎng)景下跳頻信號(hào)的DOA直接定位。⑸針對(duì)時(shí)差直接定位算法開展了外場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證。依靠現(xiàn)有條件，在外場(chǎng)環(huán)境下，搭建了三站時(shí)差定位試驗(yàn)系統(tǒng)。在真實(shí)環(huán)境下，分別利用E4438