[发明专利]高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统

权利要求书

1.一种高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，其特征在于该系统包括多点定位远端站中的TOA检测模块和多点定位中心处理站中的目标TOA计算模块；所述TOA检测模块具有飞机应答信号TOA即信号到达远端站的时间、参考应答机信号TOA检测、远端站频率基准偏差估计、信号TOA修正功能；所述目标TDOA计算模块具有多站信号TOA配对、各远端站固定偏差估计、TDOA初值计算、TDOA修正功能。

2.根据权利要求1所述的高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，所述TOA检测模块、所述目标TOA计算模块中的目标及参考应答TOA测量主要在前述多点定位远端站完成，其特征在于步骤如下：

1）用于检测目标和参考应答脉冲信号，在成功检测到框架脉冲后，得到目标和参考应答信号的码元，并对脉冲信号进行TOA标记；

2）利用各个远端站工作于GPS共视状态，修正各个远端站的时钟偏差，从而进行脉冲信号TOA修正；

3）将目标和参考应答信号TOA和码元送至多点定位中央处理器作进一步处理。

3.根据权利要求1所述的高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，该系统还包括参考应答机，其特征在于：该参考应答机为放置于精确坐标固定位置的S模式信标机，定期发射1090MHZ MODE S信号，为系统中的一个特殊目标或者另外一个共视时钟源；由于参考应答机的信号发射周期可调节，因此可以利用其对每一秒钟内的本地时钟准确度进行校正。

4.根据权利要求1所述的高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，其特征在于：所述目标TDOA计算模块主要在多点定位中央处理机完成；该目标TDOA计算模块工作过程如下：

1）目标TDOA计算模块通过接收各远端站的参考应答TOA和目标TOA，计算站点间TDOA并与理论TDOA比较后估计出同步误差，这里，解码系统产生的同步脉冲时延、目标信号接收处理时延以及参考应答机实际位置与设定位置的差异所产生的测试误差都统一为系统同步误差；

2）利用参考应答机进行同步误差参考应答校正，可对此系统同步误差进行校正，提高目标的TDOA测量精度。

5.根据权利要求1所述的高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，其特征在于所述多点定位远端站工作原理和步骤如下：

1）GPS共视控制：GPS共视是指参与共视的多点定位系统的各个远端站各设一台GPS时间接收机，并在同一时间观测同一颗卫星，实现各站之间的时间同步；本系统采取GPS共视技术修正各个多点定位远端站时钟偏差；在工作中，通过差分定位等方式精确的测定各个远端站GPS接收机的三维位置，采用设计的控制算法，使各个远端站选取同一颗仰角大的共视卫星，使GPS接收机工作于位置保持状态，实现各站之间的时间同步；

2）GPS信号接收：GPS接收机是进行GPS共视比对的主要设备；接收机天线接收卫星信号，OEM板对接收到的卫星信号进行解调、处理和测量，获取到星历、伪距观测值、原子钟参数等数据，输出代表卫星系统时间的秒脉冲信号，此信号与本地时钟的秒脉冲信号进行比对；

3）频率基准设置：多点定位系统远端站的本地时钟为本系统的频率基准，一方面为目标及参考应答TOA测量提供高精度稳定的频率基准，另一方面作为时钟偏差估计的输入；本地时钟为高稳双槽恒温晶体，它提供了10MHz的高稳定度的基准频率信号；晶体的稳定度受温度的影响较大，双槽恒温晶体将当前温度所对应的电压与其标称值通过热控放大器进行差动放大，之后驱动发热元件使槽内晶体温度总是保持在其高温拐点，从而消除了温度对晶体的干扰，保证了晶体的稳定度，本地时钟输出为10MHz的高稳定度方波；

4）时钟偏差估计：卫星信号经过不同路径传输到不同站点的GPS接收机，GPS时钟信息是叠加了部分随机噪声的；因此采用滤波及跟踪算法估计时钟偏差；采用历史时刻的钟差估计值和当前时刻的钟差观测值，来估计当前时刻的GPS时钟与远端站时钟的钟差估计值；当前时刻以后的观测值不会对当前时刻的估计值产生任何影响，因而适合于实时的时钟偏差估计处理；本系统能够在各个远端站进入共视状态下，20秒内就能够达到稳定估计；

5）脉冲信号检测：接收机首先对从天线接收到的1090Mhz高频信号进行限幅，以防止大输入信号对后续电路的损害；之后进行两极带通滤波和两极信号放大；经过一系列处理后，信号被送至混频器，进行下变频处理，信号频率降至中频IF，再由中频放大器对中频信号举行放大和匹配滤波，以获得最大的输出信噪比；最后经过检波和视频放大，中频信号被解调为视频信号；视频脉冲信号将被提供给数字信号处理部分做后续处理；

6）脉冲信号TOA测量：远端站先对模拟视频进行AD转换，然后对采集的数据进行缓存，并进行脉冲检测，再此基础上进行框架检测；

为了达到高精度的TOA测量，系统采用自适应匹配滤波获得脉冲延时，然后对保留中频载波的信号提取出中频脉冲，并采用DTFT的相位差分方法进行高精度的TOA测量；

7）脉冲信号TOA修正：在时钟偏差估计和脉冲信号TOA测量值的基础上，实时对脉冲信号TOA进行修正。