一種有源定位系統(tǒng)中時延及時鐘誤差的計算方法
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種有源定位系統(tǒng)中的時延及時鐘誤差的計算方法，該方法針對【背景技術】的不足，首先建立發(fā)射機與接收機的基帶離散時間信號模型；然后在該離散時間信號模型的基礎上，構造時間延遲及時鐘誤差聯(lián)合計算的目標函數(shù)；最后對目標函數(shù)進行峰值搜索，得到相應的時間延遲及時鐘誤差。該方法克服了頻率偏移、相位偏移和時間擴展三個非理想因素對時延計算的影響，具有時延計算準確，提高系統(tǒng)定位精度的效果。
【專利說明】一種有源定位系統(tǒng)中時延及時鐘誤差的計算方法
[0001]所屬領域
[0002]本發(fā)明屬于信號處理領域，特別是涉及有源定位系統(tǒng)中時延及時鐘誤差的計算方法。
【背景技術】
[0003]目前，通過發(fā)射機發(fā)射信號，該信號經(jīng)目標反射接收機收到信號，計算多個接收機收到信號與發(fā)射機發(fā)射信號的時間延遲來實現(xiàn)目標定位?，F(xiàn)階段有信號的相干接收與非相干接收兩種有源定位系統(tǒng)，由于相干接收系統(tǒng)實現(xiàn)成本和系統(tǒng)復雜度較高，實現(xiàn)信號的相干接收十分困難，一般使用非相干接收系統(tǒng)來進行定位。采用非相干接收的方式，發(fā)射機與接收機的本地時鐘不精確也不穩(wěn)定，即發(fā)射機與接收機的本地時鐘之間存在時鐘誤差，該時鐘誤差包括時鐘頻率誤差和相位誤差，這兩種誤差在信號處理過程中會導致混頻誤差和采樣誤差。若未對發(fā)射機和接收機本地時鐘之間的時鐘頻率誤差和相位誤差進行校準，在發(fā)射機的D/A (數(shù)字/模擬)與變頻以及接收機的變頻及A/D處理過程中，混頻誤差會導致接收機與發(fā)射機的基帶離散時間信號之間產(chǎn)生頻率與相位的偏移，采樣誤差則會導致兩基帶離散時間信號出現(xiàn)時間擴展的情況。綜上接收機與發(fā)射機的基帶離散時間信號間存在頻率偏移、相位偏移及時間擴展三個非理想因素，使時延計算結果不精確，最終導致定位精度低。
[0004]現(xiàn)階段有源定位系統(tǒng)中只考慮了混頻誤差或采樣誤差，即只考慮基帶離散時間信號間的頻率偏移、相位偏移和時間擴展這三個非理想因素其中一個或兩個因素，如文獻((Approximate maximum likelihood time differences estimation in the presence offrequency and phase consistence errors)), Accepted by ISSPITj 13, 2013, S.Zhong, ff.Xia, and Z.He認為時鐘誤差在信號處理過程中僅導致了混頻誤差，即只考慮了信號的頻率偏移、相位偏移，并沒有考慮時間擴展因素，于是該文獻所得基帶信號并無時間擴展情況。該方法通過利用考慮了頻率偏移和相位偏移因素的基帶信號構造目標函數(shù)，對目標函數(shù)進行峰值搜索得到時延計算值、時鐘頻率誤差計算值和時鐘相位誤差計算值。由于沒有考慮時鐘頻率誤差和相位誤差對采樣過程的影響，該文獻所得到的基帶離散時間信號并不完整，實際接收的基帶信號時延關系與所得的基帶信號時延關系不一致，進一步由該基帶信號構造的目標函數(shù)計算得到的時延計算值、時鐘頻率誤差計算值和時鐘相位誤差計算值與實際值之間仍然存在較大誤差，最終影響系統(tǒng)定位精度。
[0005]專利《一種異地采樣系統(tǒng)時鐘周期誤差的校正方法》中僅考慮了無源定位系統(tǒng)中采樣誤差引起的信號的時間擴展。該方法通過利用考慮了時間擴展因素的基帶信號構造相關系數(shù)，對相關系數(shù)進行最大值求解得到時差計算值、采樣誤差計算值。由于在有源定位系統(tǒng)中，發(fā)射信號已知，而無源定位系統(tǒng)中僅已知接收信號，發(fā)射信號未知，故這兩種系統(tǒng)對信號處理的方式并不一樣。且僅考慮采樣誤差時得到的基帶離散時間信號并無頻率偏移和相位偏移，而在非相干接收條件下同時考慮時鐘誤差產(chǎn)生的混頻誤差和采樣誤差得到的基帶離散時間信號存在頻率偏移、相位偏移，以及時間擴展，該基帶離散時間信號的時間擴展情況與專利《一種異地采樣系統(tǒng)時鐘周期誤差的校正方法》中僅考慮采樣誤差得到的基帶離散時間信號的時間擴展并不一致。
[0006]聯(lián)合考慮時鐘誤差所引起的基帶信號的頻率偏移、相位偏移和時間擴展這三個非理想因素與時間延遲會使得所建立的基帶信號關系更復雜，進而由該基帶信號所得到的目標函數(shù)與上述兩種方法得到的目標函數(shù)并不一致，對時延以及時鐘誤差的計算也更困難。目前在有源定位系統(tǒng)中上述場景下還沒有將這三個非理想因素與時延聯(lián)合考慮并進行計算的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對【背景技術】的不足，改進設計了一種有源定位系統(tǒng)中的時延及時鐘誤差的計算方法，該方法克服了非相干接收條件下頻率偏移、相位偏移和時間擴展三個非理想因素對時延計算的影響，達到提高時延計算精度的目的，實現(xiàn)對目標的精確定位。
[0008]本發(fā)明的技術方案是:首先建立發(fā)射機與接收機的基帶離散時間信號模型；然后在該離散時間信號模型的基礎上，構造時間延遲及時鐘誤差聯(lián)合計算的目標函數(shù)；最后對目標函數(shù)進行峰值搜索，得到相應的時間延遲及時鐘誤差，從而實現(xiàn)發(fā)明目的。因此，本發(fā)明方法包括:
[0009]步驟一.建立發(fā)射機與接收機的基帶離散時間信號:在信號非相干接收的有源定位系統(tǒng)中，以發(fā)射機時鐘作為參考時鐘，即發(fā)射機的時鐘實際頻率Qs=U，其中表示時鐘標稱頻率；這里假定混頻及采樣的時鐘由系統(tǒng)本地時鐘經(jīng)分頻器/倍頻器產(chǎn)生，其分別與標稱混頻及采樣時鐘間的相對頻率誤差保持不變；于是利用fVas通過分頻器或倍頻器產(chǎn)生的發(fā)射機的時鐘實際混頻頻率等于時鐘標稱混頻頻率f；,發(fā)射機的時鐘實際采樣頻率fs;s等于時鐘標稱采樣頻率fs ;那么接收機的時鐘實際頻率相對于?ω就存在
【權利要求】
1.一種有源定位系統(tǒng)中的時延及時鐘誤差的計算方法，該方法包括: 步驟一.建立發(fā)射機與接收機的基帶離散時間信號:在信號非相干接收的有源定位系統(tǒng)中，以發(fā)射機時鐘作為參考時鐘，即發(fā)射機的時鐘實際頻率Qs=U,其中表示時鐘標稱頻率；這里假定混頻及采樣的時鐘由系統(tǒng)本地時鐘經(jīng)分頻器/倍頻器產(chǎn)生，其分別與標稱混頻及采樣時鐘間的相對頻率誤差保持不變；于是利用fVas通過分頻器或倍頻器產(chǎn)生的發(fā)射機的時鐘實際混頻頻率等于時鐘標稱混頻頻率f；,發(fā)射機的時鐘實際采樣頻率fs;s等于時鐘標稱采樣頻率fs ;那么接收機的時鐘實際頻率相對于?ω就存在
2.如權利要求1所述的一種有源定位系統(tǒng)中的時延及時鐘誤差的計算方法，其特征在于已知發(fā)射機處基帶離散時間信號為s[n]，經(jīng)D/A變換及上變頻得到射頻信號為s(t)eMj , j表示虛部單位，f。為載波頻率。這里考慮基帶信號直接變頻到射頻信號，即fc=fffl ;接收機接收到的射頻信號為
【文檔編號】G01S13/06GK103792530SQ201410032942
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權日:2014年1月23日
【發(fā)明者】夏威, 江文穎, 鐘森 申請人:電子科技大學