[发明专利]一种基于闭式补偿的高分辨率时延估计方法

说明书

本发明公开了一种基于闭式补偿的高分辨率时延估计方法，首先，无人机同步接收辐射源信号，并对接收到的信号进行采样处理，选取一路信号作为参考信号，将其余几路信号与参考信号作广义互相关处理；其次，基于最优互相关处理结果，得到初始时延差估计；然后，基于初始时延差进行一阶泰勒级数展开，获得泰勒时延补偿值，添加到初始时延差中得到高精度时延差估计值；最后，根据时延差估计值可以知晓辐射源与各无人机之间的距离差，通过建立双曲线方程组求解辐射源位置。本发明能够获得优于采样间隔的精准时延估计，有效提高定位精度；在获得高精度时延估计的同时，具有较低的计算复杂度，大大降低了计算量，达到高分辨率和低计算复杂度的性能需求。

技术领域

本发明属于无源定位技术领域，具体涉及一种基于闭式补偿的高分辨率时延估计方法。

背景技术

无源定位是一种在定位过程中不需要向外辐射电磁波信号，仅利用目标的辐射信号或者对特定已知信号的反射信号完成对目标的定位的技术。因其被动的工作方式，所以具有隐蔽性强、安全性高、定位精度高等优势，因而在防空系统的一体化与现代化、机载雷达检测系统以及远程预警系统等方面无源定位都占有一席之地，并且随着科技进步在电子对抗领域也起着日渐关键的作用。无源定位系统应用平台广泛，例如基于地面雷达系统的陆基平台，由于观测站固定，故易于实现，但是其受地面复杂环境影响较大，且灵活性很差。而基于无人机的空基平台不受地面复杂环境影响，观测范围广，灵活性强，具有陆基平台无法比拟的优势，但是同时也给工程实现、载荷等方面带来了新的挑战。

无源定位技术中基于到达时间差(TDOA)的定位方法是一个重要的研究方向，该方法根据多个分布式传感器接收目标辐射源信号，计算信号之间的时间延迟差参数，通过求解非线性方程组精确估计目标位置。基于TDOA的无源定位技术在民用领域和军事领域发挥着重要作用，在例如紧急救护、频谱管控、物联网应用、战场侦察、城市反恐等方面具有广阔的应用前景，不仅能为人们的日常生活提供更方便快捷的服务，也是未来智能化科技发展的重要技术基础。而且基于TDOA的无源定位方法组网能力强，定位精度高，速度快，抗干扰能力强，因此进一步提升到达时间差定位技术的性能具有重要的实际意义和应用价值。

TDOA的核心技术之一是时延差参数估计技术，所以时延估计性能的好坏决定了无源时差定位的精度。互相关法作为时延估计常用的求解方法，操作简单，易于实现，而其中添加了加权函数的广义互相关时延估计由于可以抑制噪声的干扰而被广泛应用。然而，实际工程中需要处理的都是数字信号，由于受采样频率的限制，时域分辨率较低，时延估计精度总是被限制在采样间隔内无法突破，这很大程度上降低了TDOA定位的精度。目前时延估计解决方法有数值拟合或者添加插值，一方面增加了计算复杂度，另一方面数据量的增加对硬件提出了更高的要求，不利于工程实现，尤其是在无人机等有限载荷平台上。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提出一种基于闭式补偿的高分辨率时延估计方法，基于闭式补偿的高分辨率时延估计，能够降低计算复杂度的同时提高无源定位的精准性并降低无人机的设备载荷，降低定位成本。

技术方案：本发明提供一种基于闭式补偿的高分辨率时延估计方法，具体包括以下步骤：

(1)多架无人机同步接收辐射源信号，并对接收信号进行采样处理；

(2)选取一路信号作为参考信号，将其余几路信号与参考信号作广义互相关处理；

(3)基于最优广义互相关处理结果，得到初始时延差估计值；

(4)对初始时延差进行一阶泰勒级数展开，获得泰勒时延补偿值，添加到初始时延中得到高精度时延差估计；

(5)根据时延差估计值计算辐射源与各无人机之间的距离差，求解辐射源位置。

进一步地，步骤(2)所述将其余信号与参考信号作广义互相关处理是将第m架无人机的接收信号与参考信号作广义互相关运算，其中广义互相关函数为：