用于时差估计与多站时钟误差校准的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及信号处理技术，特别涉及无源系统中的时差估计，目的是为了解决现有技术时差定位精度的问题。本发明的用于时差估计与多站时钟误差校准的方法，包括如下步骤：首先，联合估计模块接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并根据基带离散时间信号构造联合估计的目标函数，然后根据联合估计的目标函数计算得到时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值；其次，根据时差估计值进行时差定位；最后，根据时钟频差估计值及时钟相差估计值对辅助接收机的时钟进行补偿校准或对辅助接收机接收的基带离散时间信号进行校准。本发明还包括用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，本发明适用于非相干接收环境下的无源时差定位及时钟校准。
【专利说明】用于时差估计与多站时钟误差校准的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理技术，特别涉及无源系统中的时差估计。
【背景技术】
[0002]时差(TDOA)估计在辐射源定位中具有重要的应用价值。该技术一般可以在接收机的中频或基带来实现，但中频实现时差估计会存在中频数据流过大的问题，给数据的传输与实时处理带来很大的困难。
[0003]经典的时差估计方法是广义互相关法，该方法在没有内插的情况下仅能够给出样本点时间间隔整数倍值的估计结果，对于在基带进行时差估计，基带采样率较低的情况，显然不能满足实际工程需要。
[0004]虽然也有频域时差估计、子采样时差估计及高分辨率方法的提出，但这些方法通常假设信号是相干接收的，即本地载波与接收信号的载波同步。而实际工程中，由于相干接收系统一般通过原子钟或GPS同步实现，实现成本和系统复杂度较高。在没有GPS同步或原子钟条件下，要实现相干接收是很困难的。我们一般使用非相干接收系统来进行处理，在非相干接收的情况下，两接收机的内部时钟存在一致性误差，这里统一称其为时钟误差。时钟误差包括时钟频率误差和相位误差，这两种误差会进一步导致混频误差和采样误差。若未对接收机的时钟频率误差和相位误差进行校准，在射频信号经过处理到基带的过程中，混频误差会导致基带离散时间信号产生频率与相位的偏移，采样误差则会导致基带离散时间信号出现时间扩展的情况。即所接收的基带离散时间信号间存在频率偏移、相位偏移及时间扩展三个非理想因素。对时差估计问题，非理想的接收最终将导致实际的基带信号时差关系与真实的基带信号时差关系不一致。此外，也会使得其他信号处理性能的下降，如解调、直接定位等。
[0005]目前，虽然有一些针对非理想因素的补偿校准方法，但这些方法或只考虑时钟误差所造成的混频误差，未考虑时时钟误差所引起的采样误差(即时间扩展现象)；或只考虑采样误差而忽略了混频误差。也即是，这些方法并没有将基带离散时间信号间的频率偏移、相位偏移和时间扩展这三个非理想因素综合考虑在内。并且，目前还没有将这三个非理想因素与时差联合考虑并进行估计的方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决现有技术在时差估计时没有结合基带离散时间信号间的频率偏移、相位偏移和时间扩展这三个因素进行考虑，从而影响时差定位精度的问题。
[0007]为达到上述目的，本发明提供一种用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，还包括联合估计模块、统一时钟模块及时差定位模块；
[0008]联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块及统一时钟模块；[0009]时差定位模块，接收联合估计模块发送的时差估计值，根据时差估计值进行时差定位并予以显示；
[0010]统一时钟模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值和时钟相差估计值并根据时钟频差估计值和时钟相差估计值校准辅助接收机的时钟信号。
[0011]进一步地，还包括应用模块，所述应用模块利用校准时钟信号后的辅助接收机输出的基带离散时间信号完成应用的处理。
[0012]本发明还提供一种用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，还包括联合估计模块、统一时钟模块、传统时差测量模块及时差定位模块；
[0013]联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块、传统时差测量模块及统一时钟模块；
[0014]传统时差测量模块，接收参考接收机与辅助接收机输出的基带离散时间信号，并利用时差估计值作为先验信息进行时差测量；
[0015]时差定位模块，接收传统时差测量模块发送的时差测量值，根据时差测量值进行时差定位并予以显示；
[0016]统一时钟模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值和时钟相差估计值并根据时钟频差估计值和时钟相差估计值校准辅助接收机的时钟信号。
[0017]本发明还提供另一种用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，还包括联合估计模块、时差定位模块及信号校准模块；
[0018]联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块及信号校准模块；
[0019]时差定位模块，接收联合估计模块发送的时差估计值，根据时差估计值进行时差定位并予以显示；
[0020]信号校准模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值及时钟相差估计值并利用时钟频差估计值及时钟相差估计值对辅助接收机的基带离散时间信号进行校准，并将校准后的基带离散时间信号发送给传统时差测量模块。
[0021]本发明的又一种用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，还包括联合估计模块、时差定位模块、传统时差测量模块及信号校准模块；
[0022]联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块、传统时差测量模块及信号校准模块；
[0023]传统时差测量模块，接收参考接收机与辅助接收机输出的基带离散时间信号，并利用时差估计值作为先验信息进行时差测量；
[0024]时差定位模块，接收联合估计模块或传统时差测量模块发送的时差测量值，根据时差测量值进行时差定位并予以显示；
[0025]信号校准模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值及时钟相差估计值并利用时钟频差估计值及时钟相差估计值对辅助接收机的基带离散时间信号进行校准，并将校准后的基带离散时间信号发送给传统时差测量模块。[0026]进一步地，还包括应用模块，所述应用模块利用信号校准模块校准后输出的基带离散信号完成相应的处理。
[0027]本发明还提供一种用于时差估计与多站时钟误差校准的方法，包括如下步骤:
[0028]A.参考接收机及辅助接收机对接收到的信号进行下变频及数字化处理，得到参考接收机和辅助接收机的基带离散时间信号；
[0029]B.根据基带离散时间信号构造联合估计的目标函数，并根据联合估计的目标函数计算得到时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值；
[0030]C.根据时差估计值进行时差定位；
[0031]D.根据时钟频差估计值及时钟相差估计值对辅助接收机的时钟进行校准或对辅助接收机接收的基带离散时间信号进行校准。
[0032]具体地，步骤A中参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号的矢量表达式分别为
[0033]
【权利要求】
1.用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，其特征在于，还包括联合估计模块、统一时钟模块及时差定位模块； 联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块及统一时钟模块； 时差定位模块，接收联合估计模块发送的时差估计值，根据时差估计值进行时差定位并予以显示； 统一时钟模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值和时钟相差估计值并根据时钟频差估计值和时钟相差估计值校准辅助接收机的时钟信号。
2.如权利要求1所述的用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，其特征在于，还包括应用模块，所述应用模块利用校准时钟信号后的辅助接收机输出的基带离散时间信号完成应用的处理。
3.用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，其特征在于，还包括联合估计模块、统一时钟模块、传统时差测量模块及时差定位模块； 联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块、传统时差测量模块及统一时钟模块； 传统时差测量模块，接收参考接收机与辅助接收机输出的基带离散时间信号，并利用时差估计值作为先验信息进行时差测量； 时差定位模块，接收传统时差测量模块发送的时差测量值，根据时差测量值进行时差定位并予以显示； 统一时钟模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值和时钟相差估计值并根据时钟频差估计值和时钟相差估计值校准辅助接收机的时钟信号。
4.用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，其特征在于，还包括联合估计模块、时差定位模块及信号校准模块； 联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块及信号校准模块； 时差定位模块，接收联合估计模块发送的时差估计值，根据时差估计值进行时差定位并予以显示； 信号校准模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值及时钟相差估计值并利用时钟频差估计值及时钟相差估计值对辅助接收机的基带离散时间信号进行校准，并将校准后的基带离散时间信号发送给传统时差测量模块。
5.用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，包括参考接收机及辅助接收机，其特征在于，还包括联合估计模块、时差定位模块、传统时差测量模块及信号校准模块； 联合估计模块，接收参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号并进行二维搜索，将所得到的时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值输出至时差定位模块、传统时差测量模块及信号校准模块； 传统时差测量模块，接收参考接收机与辅助接收机输出的基带离散时间信号，并利用时差估计值作为先验信息进行时差测量； 时差定位模块，接收传统时差测量模块发送的时差测量值，根据时差测量值进行时差定位并予以显示； 信号校准模块，接收联合估计模块发送的时钟频差估计值及时钟相差估计值并利用时钟频差估计值及时钟相差估计值对辅助接收机的基带离散时间信号进行校准，并将校准后的基带离散时间信号发送给传统时差测量模块。
6.如权利要求5所述的用于时差估计与多站时钟误差校准的系统，其特征在于，还包括应用模块，所述应用模块利用信号校准模块校准后输出的基带离散时间信号完成相应的处理。
7.用于时差估计与多站时钟误差校准的方法，其特征在于，包括如下步骤: A.参考接收机及辅助接收机对接收到的信号进行下变频及数字化处理，得到参考接收机和辅助接收机的基带离散时间信号； B.根据基带离散时间信号构造联合估计的目标函数，并根据联合估计的目标函数计算得到时差估计值、时钟频差估计值及时钟相差估计值； C.根据时差估计值进行时差定位； D.根据时钟频差估计值及时钟相差估计值对辅助接收机的时钟进行补偿校准或对辅助接收机接收的基带离散时间信号进行校准。
8.如权利要求7所述的用于时差估计与多站时钟误差校准的方法，其特征在于，步骤A中参考接收机及辅助接收机的基带离散时间信号的矢量表达式分别为
x1=s+q1
9.如权利要求8所述的用于时差估计与多站时钟误差校准的方法，其特征在于，步骤B中构造的联合估计的目标函数为:
【文档编号】G01S5/00GK103760522SQ201410010220
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】钟森, 夏威, 江文颖 申请人:电子科技大学