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一種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法與流程

文檔序號(hào):11772111閱讀:521來源:國(guó)知局
一種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法與流程

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法,適用于兩顆衛(wèi)星對(duì)地球表面上發(fā)射寬帶線性調(diào)頻(linearfrequencymodulated,lfm)信號(hào)的未知雷達(dá)輻射源進(jìn)行定位。



背景技術(shù):

雙星無源定位技術(shù)是指利用兩顆衛(wèi)星接收雷達(dá)輻射源輻射的信號(hào)后估計(jì)兩顆衛(wèi)星接收信號(hào)間的參數(shù)來定位未知的輻射源;雷達(dá)作為一種重要的探測(cè)工具,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用,因此需要快速精確定位出對(duì)方的雷達(dá)輻射源;由于寬帶線性調(diào)頻(lfm)信號(hào)能夠保證雷達(dá)具有良好的檢測(cè)能力及和較高的距離、速度分辨率,因此在現(xiàn)代雷達(dá)中,寬帶lfm信號(hào)是最常見的寬帶雷達(dá)發(fā)射信號(hào)之一。

利用雙星無源定位技術(shù)對(duì)發(fā)射寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的未知雷達(dá)快速精確定位的前提是估計(jì)出雙星接收信號(hào)間的時(shí)差和尺度差,現(xiàn)有方法主要是通過搜索寬帶互模糊函數(shù)(widebandcrossambiguityfunction,wbcaf)峰值來估計(jì)時(shí)差和尺度差,wbcaf對(duì)一路接收信號(hào)進(jìn)行一個(gè)尺度的伸縮再與另一路接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)域相關(guān),當(dāng)伸縮尺度與兩路接收信號(hào)間的尺度差相同時(shí),此時(shí)的時(shí)域相關(guān)將形成寬帶互模糊函數(shù)峰值。根據(jù)該寬帶互模糊函數(shù)峰值的位置,可以獲得時(shí)差和尺度差的估計(jì)。然而,基于寬帶互模糊函數(shù)wbcaf的方法主要存在兩個(gè)問題:(一)計(jì)算寬帶互模糊函數(shù)wbcaf時(shí)需要對(duì)接收的離散信號(hào)進(jìn)行伸縮,然而由于接收的離散信號(hào)解析式未知,伸縮過程的運(yùn)算量過大;(二)為了獲得寬帶互模糊函數(shù)wbcaf峰值的位置,需要計(jì)算出整個(gè)模糊平面上各點(diǎn)處的模糊函數(shù)值,運(yùn)算量較大。盡管有學(xué)者通過sinc函數(shù)插值來快速實(shí)現(xiàn)對(duì)離散信號(hào)的伸縮,但是該方法用于計(jì)算寬帶互模糊函數(shù)wbcaf時(shí)需要遍歷所有可能的尺度,對(duì)接收的離散信號(hào)在每個(gè)尺度上都進(jìn)行伸縮,不利于實(shí)時(shí)處理。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,本發(fā)明的目的在于提出一種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法,該種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法利用寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的特點(diǎn),先估計(jì)出雙星接收信號(hào)間的尺度差,再估計(jì)出時(shí)差。

本發(fā)明的主要思路:雷達(dá)輻射源輻射的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)到達(dá)兩顆衛(wèi)星的時(shí)刻不同,表現(xiàn)為雙星接收信號(hào)間存在時(shí)差;同時(shí),雙星相對(duì)于雷達(dá)輻射源的徑向速度不同,表現(xiàn)為一顆衛(wèi)星接收信號(hào)的波形相對(duì)于另一顆衛(wèi)星接收信號(hào)的波形被壓縮或者展寬,定義第二顆衛(wèi)星接收信號(hào)相對(duì)于第一顆衛(wèi)星接收信號(hào)波形伸縮的比例為尺度差;當(dāng)雷達(dá)輻射源輻射的信號(hào)為寬帶線性調(diào)頻信號(hào)lfm信號(hào)時(shí),由寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的魏格納-威利分布(wigner-villedistribution,wvd)可知,雙星接收到的信號(hào)間的調(diào)頻率之比等于尺度差的平方;根據(jù)這一特征,能夠分別估計(jì)雙星接收信號(hào)的調(diào)頻率以獲得尺度差的估計(jì)。

為達(dá)到上述技術(shù)目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法,包括以下步驟:

步驟1,確定雷達(dá)輻射源、第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星,所述第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星分別在雷達(dá)輻射源的檢測(cè)范圍內(nèi),且雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射寬帶線性調(diào)頻信號(hào);令雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)為第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)為第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)為

步驟2,分別計(jì)算第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)和第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)進(jìn)而計(jì)算得到兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)間的尺度差估計(jì)

步驟3,使用兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)間的尺度差估計(jì)得到兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)差估計(jì)

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn):

相對(duì)于傳統(tǒng)的寬帶互模糊函數(shù)wbcaf方法,本發(fā)明的核心是分級(jí)搜索出雙星接收的線性調(diào)頻lfm信號(hào)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)角度以獲得尺度差的估計(jì),并且只需要對(duì)雙星接收的線性調(diào)頻lfm信號(hào)進(jìn)行一次伸縮,無需二維搜索寬帶互模糊函數(shù)wbcaf的峰值,因而計(jì)算量較小,易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的一種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法流程圖;

圖2是雙星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的wigner-ville分布(wigner-villedistribution,wvd)示意圖;

圖3a是第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)在不同角度的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft圖;

圖3b是第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)在不同角度的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft圖;

圖4是第一顆衛(wèi)星接收的信號(hào)經(jīng)過尺度的伸縮后與第二顆衛(wèi)星接收信號(hào)的時(shí)域相關(guān)圖;

圖5a是本發(fā)明方法的時(shí)差估計(jì)均方根誤差曲線和傳統(tǒng)方法的均方根誤差曲線對(duì)比圖;

圖5b是本發(fā)明方法的尺度差估計(jì)均方根誤差曲線和傳統(tǒng)方法的均方根誤差曲線對(duì)比圖;

圖6是對(duì)不同長(zhǎng)度的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)使用本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法估計(jì)時(shí)/尺度差所需的cpu時(shí)間圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1,為本發(fā)明的一種寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法流程圖;其中所述寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)差和尺度差估計(jì)方法,包括以下步驟:

步驟1,建立雙星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)模型。

確定雷達(dá)輻射源、第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星,所述第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星分別在雷達(dá)輻射源的檢測(cè)范圍內(nèi),且雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào);令雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)為第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)為第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)為其表達(dá)式分別為:

其中,將第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)和第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)記為兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào);表示時(shí)間變量,m表示雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率,m=b/t,且m>0,b為雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的帶寬,t為雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的時(shí)寬,exp表示指數(shù)函數(shù),τ1為第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)相對(duì)于雷達(dá)輻射源發(fā)射寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的時(shí)延,σ1為第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)相對(duì)于雷達(dá)輻射源發(fā)射寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)伸縮的尺度,τ2為第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)相對(duì)于雷達(dá)輻射源發(fā)射寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的時(shí)延,σ2為第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)相對(duì)于雷達(dá)輻射源發(fā)射寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)伸縮的尺度,△τ為兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)間的時(shí)差,△τ=τ2-τ1,△σ為兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)間的尺度差,

衛(wèi)星接收到的信號(hào)相對(duì)于雷達(dá)輻射源發(fā)射的信號(hào)存在時(shí)延,并且在時(shí)域被伸縮,當(dāng)雷達(dá)輻射源發(fā)射的信號(hào)為窄帶信號(hào)時(shí),伸縮效應(yīng)可近似認(rèn)為是衛(wèi)星接收到的信號(hào)相對(duì)雷達(dá)輻射源發(fā)射的信號(hào)存在一個(gè)多普勒頻移,此時(shí)通過分別估計(jì)第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星接收到的雷達(dá)輻射源發(fā)射的信號(hào)間的時(shí)差和多普勒頻差即可精確定位出該雷達(dá)輻射源;然而,當(dāng)雷達(dá)輻射源發(fā)射的信號(hào)為寬帶信號(hào)時(shí),將伸縮效應(yīng)繼續(xù)近似為多普勒頻移將導(dǎo)致定位產(chǎn)生較大誤差。因此,在雙星定位中,為了精確定位雷達(dá)輻射源,需要估計(jì)第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星接收信號(hào)間的時(shí)差和尺度差;其中衛(wèi)星為第一顆衛(wèi)星或第二顆衛(wèi)星,信號(hào)為寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)。

步驟2、參照?qǐng)D2,為雙星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的wigner-ville分布(wigner-villedistribution,wvd)示意圖;其中x(t)表示帶寬為b的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào),b為雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的帶寬,表示時(shí)間變量,t為雷達(dá)輻射源向第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星發(fā)射的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的時(shí)寬,帶寬為b的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的初始頻率為κ,帶寬為b的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率為b/t,帶寬為b的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的頻譜范圍為[κ,κ+b]。

對(duì)帶寬為b的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)進(jìn)行尺度為σ的伸縮,得到尺度伸縮后的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)σ>1;由于σ>1,尺度伸縮后的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)相對(duì)于帶寬為b的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)在時(shí)域被拉伸,因此尺度伸縮后的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的時(shí)域范圍為[0,σt];由傅里葉變換的性質(zhì)可知,尺度伸縮后的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)在時(shí)域拉伸時(shí),其頻譜整體將被壓縮,因此得到尺度伸縮后的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的頻譜范圍為[κ/σ,(κ+b)/σ]。因此得到尺度伸縮后的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率為b/σ2t,可以看到尺度伸縮后的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率為伸縮前的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào),即帶寬為b的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率的1/σ2。

由于第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)相對(duì)于第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)被伸縮,兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)間存在尺度差△σ,因此可以分別估計(jì)兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率以獲得兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)尺度差的估計(jì)。

步驟3,利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft估計(jì)兩顆衛(wèi)星接收的lfm信號(hào)的調(diào)頻率時(shí),先用步長(zhǎng)△α遍歷整個(gè)角度范圍[-π/2,π/2],0<△α<π;由分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft峰值獲得當(dāng)前最優(yōu)角度,分別計(jì)算得到第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)和第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)進(jìn)而計(jì)算得到兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)間的尺度差估計(jì)

具體地,分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(fractionalfouriertransform,frft)是估計(jì)線性調(diào)頻lfm信號(hào)調(diào)頻率的常見工具。對(duì)于一個(gè)線性調(diào)頻lfm信號(hào),都可以找到一個(gè)角度,使得線性調(diào)頻lfm信號(hào)在該角度上的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft取到最大值,并將該角度記為線性調(diào)頻lfm信號(hào)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)角度;同時(shí),最優(yōu)角度只與線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率有關(guān)。因此,利用frft估計(jì)線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率的過程就是計(jì)算線性調(diào)頻lfm信號(hào)在不同角度上的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft,搜索分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft的峰值,由峰值所對(duì)應(yīng)的角度計(jì)算出調(diào)頻率;顯然,為了獲得最優(yōu)角度的估計(jì),需要遍歷整個(gè)角度范圍,并計(jì)算出每個(gè)角度上的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft;在角度估計(jì)精度高時(shí),需要搜索的角度個(gè)數(shù)較多,運(yùn)算量較大;當(dāng)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft的角度越接近最優(yōu)角度時(shí),線性調(diào)頻lfm信號(hào)在該角度的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft越大。根據(jù)這一特征,為了降低運(yùn)算量,可以通過分級(jí)搜索的結(jié)構(gòu),逐步搜索出最優(yōu)角度,得到尺度差估計(jì)。

在估計(jì)出尺度差估計(jì)后,用該尺度差估計(jì)對(duì)一路接收信號(hào)進(jìn)行伸縮,并將伸縮后的信號(hào)與另一路接收信號(hào)做時(shí)域相關(guān),時(shí)域相關(guān)后得到的信號(hào)峰值位置即為時(shí)差的估計(jì);其中一路接收信號(hào)和另一路接收信號(hào)為雙星接收到的信號(hào)中的任意兩路信號(hào)。

3.1初始化:第h次遍歷的角度范圍為第h次遍歷的步長(zhǎng)為△αh,△α表示設(shè)定的步長(zhǎng),且0<△α<π;第h次遍歷的角度個(gè)數(shù)為qh,h∈{1,2,…,h},h為設(shè)定的遍歷總次數(shù),h為大于0的正整數(shù);本實(shí)施例中h取值為3;

qh個(gè)角度分別為令t∈{1,2,…,qh},令δt表示第t個(gè)角度,t和h的初始值分別為1。

3.2對(duì)第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度為δt的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft,得到旋轉(zhuǎn)角度為δt的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果峰值pt。

3.3令t分別取1至qh,重復(fù)執(zhí)行3.2,進(jìn)而分別得到旋轉(zhuǎn)角度為δ1的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果峰值p1至旋轉(zhuǎn)角度為的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果峰值記為qh個(gè)峰值,并將qh個(gè)峰值中的最大峰值對(duì)應(yīng)的角度,作為第h次遍歷后的最優(yōu)角度

3.4令h加1,將t置為1,返回子步驟3.1,直到得到第h次遍歷后的最優(yōu)角度并將第h次遍歷后的最優(yōu)角度作為第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)

3.5初始化:第h'次遍歷的角度范圍為第h'次遍歷的步長(zhǎng)為△αh',△α表示設(shè)定的步長(zhǎng),且0<△α<π;第h'次遍歷的角度個(gè)數(shù)為qh',h'∈{1,2,…,h'},h'為設(shè)定的遍歷總次數(shù),h'為大于0的正整數(shù);本實(shí)施例中h'取值為3;

qh'個(gè)角度分別為

令t'∈{1,2,…,qh'},令表示第t'個(gè)角度,t'和h'的初始值分別為1。

3.6對(duì)第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度為的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft,得到旋轉(zhuǎn)角度為的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果峰值

3.7令t'分別取1至qh',重復(fù)執(zhí)行3.6,進(jìn)而分別得到旋轉(zhuǎn)角度為的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果峰值至旋轉(zhuǎn)角度為的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果峰值記為qh'個(gè)峰值,并將qh'個(gè)峰值中的最大峰值對(duì)應(yīng)的角度,作為第h'次遍歷后的最優(yōu)角度

3.8令h'加1,將t'置為1,返回子步驟3.5,直到得到第h'次遍歷后的最優(yōu)角度并將第h'次遍歷后的最優(yōu)角度作為第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)

根據(jù)第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)和第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的最優(yōu)角度估計(jì)則分別計(jì)算得到第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率估計(jì)和第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)的調(diào)頻率估計(jì)進(jìn)而計(jì)算得到兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)間的尺度差估計(jì)cot表示求余切操作。

步驟4,使用兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)間的尺度差估計(jì)對(duì)第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)進(jìn)行伸縮,得到伸縮后的信號(hào)將伸縮后的信號(hào)與第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行相關(guān)處理,得到相關(guān)處理后的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)c(τ),τ表示相關(guān)處理后的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)差;進(jìn)而得到兩顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)時(shí)差估計(jì)argmax表示求取相關(guān)處理后的信號(hào)c(τ)取最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)差。

以下通過仿真對(duì)本發(fā)明的效果做進(jìn)一步的闡述。

(一)仿真參數(shù):

雷達(dá)輻射源發(fā)射信號(hào)為寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào),b=250mhz,t=5μs,采樣頻率fs=1ghz,尺度差△σ=1.01,時(shí)差△τ=0.5μs,噪聲為加性復(fù)高斯零均值白噪聲。

(二)仿真內(nèi)容與分析:

仿真1,在信噪比為-5db下,用本發(fā)明估計(jì)時(shí)差和尺度差的流程仿真,結(jié)果如圖3a、圖3b和圖4所示,其中:

圖3a為第一顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)在不同角度的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft圖;其中,橫軸為角度,縱軸為歸一化的幅度。

圖3b為第二顆衛(wèi)星接收的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)在不同角度的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換frft圖;其中,橫軸為角度,縱軸為歸一化的幅度。

從圖3a和圖3b中可以看出,分級(jí)搜索的frft分別可以搜索到第一顆衛(wèi)星和第二顆衛(wèi)星接收的lfm信號(hào)的最優(yōu)角度,根據(jù)圖3a和圖3b中峰值對(duì)應(yīng)的角度,可以計(jì)算出尺度差的估計(jì)為

圖4是第一顆衛(wèi)星接收的信號(hào)經(jīng)過尺度的伸縮后與第二顆衛(wèi)星接收信號(hào)的時(shí)域相關(guān)圖;其中橫軸為時(shí)延,縱軸為歸一化的幅度。

從圖4中可以看出,時(shí)域相關(guān)形成一個(gè)峰值,由峰值的位置可以獲得時(shí)差的估計(jì)可見,本發(fā)明方法在較低信噪比下能夠精確估計(jì)出時(shí)差和尺度差。

仿真2,在不同信噪比下,本發(fā)明估計(jì)的時(shí)差和尺度差的均方根誤差曲線與傳統(tǒng)方法的均方根誤差曲線對(duì)比仿真,結(jié)果如圖5a、5b所示,其中:

圖5a為本發(fā)明方法的時(shí)差估計(jì)均方根誤差曲線和傳統(tǒng)方法的均方根誤差曲線對(duì)比圖;其中,橫軸為信噪比,縱軸為均方根誤差。

圖5b為本發(fā)明方法的尺度差估計(jì)均方根誤差曲線和傳統(tǒng)方法的均方根誤差曲線對(duì)比圖;其中,橫軸為信噪比,縱軸為均方根誤差。

從圖5a和圖5b中可以看出,本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法所估計(jì)的均方根誤差曲線基本一致。隨著信噪比的提高,兩種方法所估計(jì)到的時(shí)差和尺度差的均方根誤差均明顯降低,并逐漸接近克拉美羅下界。

仿真3,本發(fā)明與傳統(tǒng)方法對(duì)不同長(zhǎng)度的lfm信號(hào)估計(jì)時(shí)差和尺度差所需的cpu時(shí)間仿真,結(jié)果如圖6所示,圖6為對(duì)不同長(zhǎng)度的寬帶線性調(diào)頻lfm信號(hào)使用本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法估計(jì)時(shí)/尺度差所需的cpu時(shí)間圖;其中,橫軸為信號(hào)時(shí)寬,縱軸為cpu時(shí)間。

從圖6中可以看出,本發(fā)明所需的估計(jì)時(shí)間要明顯少于傳統(tǒng)方法。尤其在處理長(zhǎng)信號(hào)時(shí),本發(fā)明能夠更好滿足實(shí)時(shí)處理的要求。

綜上所述,仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性,有效性和可靠性。

顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍;這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。

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