[发明专利]一种有源定位系统中时延及时钟误差的计算方法

说明书

所属领域 

本发明属于信号处理领域，特别是涉及有源定位系统中时延及时钟误差的计算方法。 

背景技术

目前，通过发射机发射信号，该信号经目标反射接收机收到信号，计算多个接收机收到信号与发射机发射信号的时间延迟来实现目标定位。现阶段有信号的相干接收与非相干接收两种有源定位系统，由于相干接收系统实现成本和系统复杂度较高，实现信号的相干接收十分困难，一般使用非相干接收系统来进行定位。采用非相干接收的方式，发射机与接收机的本地时钟不精确也不稳定，即发射机与接收机的本地时钟之间存在时钟误差，该时钟误差包括时钟频率误差和相位误差，这两种误差在信号处理过程中会导致混频误差和采样误差。若未对发射机和接收机本地时钟之间的时钟频率误差和相位误差进行校准，在发射机的D/A（数字/模拟）与变频以及接收机的变频及A/D处理过程中，混频误差会导致接收机与发射机的基带离散时间信号之间产生频率与相位的偏移，采样误差则会导致两基带离散时间信号出现时间扩展的情况。综上接收机与发射机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，使时延计算结果不精确，最终导致定位精度低。 

现阶段有源定位系统中只考虑了混频误差或采样误差，即只考虑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其中一个或两个因素，如文献《Approximate maximum likelihood time differences estimation in the presence of frequency and phase consistence errors》,Accepted by ISSPIT’13,2013，S.Zhong,W.Xia,and Z.He认为时钟误差在信号处理过程中仅导致了混频误差，即只考虑了信号的频率偏移、相位偏移，并没有考虑时间扩展因素，于是该文献所得基带信号并无时间扩展情况。该方法通过利用考虑了频率偏移和相位偏移因素的基带信号构造目标函数，对目标函数进行峰值搜索得到时延计算值、时钟频率误差计算值和时钟相位误差计算值。由于没有考虑时钟频率误差和相位误差对采样过程的影响，该文献所得到的基带离散时间信号并不完整，实际接收的基带信号时延关系与所得的基带信号时延关系不一致，进一步由该基带信号构造的目标函数计算得到的时延计算值、时钟频率误差计算值和时钟相位误差计算值与实际值之间仍然存在较大误差，最终影响系统定位精度。 

专利《一种异地采样系统时钟周期误差的校正方法》中仅考虑了无源定位系统中采样误差引起的信号的时间扩展。该方法通过利用考虑了时间扩展因素的基带信号构造相关系数，对相关系数进行最大值求解得到时差计算值、采样误差计算值。由于在有源定位系统中，发射信号 已知，而无源定位系统中仅已知接收信号，发射信号未知，故这两种系统对信号处理的方式并不一样。且仅考虑采样误差时得到的基带离散时间信号并无频率偏移和相位偏移，而在非相干接收条件下同时考虑时钟误差产生的混频误差和采样误差得到的基带离散时间信号存在频率偏移、相位偏移，以及时间扩展，该基带离散时间信号的时间扩展情况与专利《一种异地采样系统时钟周期误差的校正方法》中仅考虑采样误差得到的基带离散时间信号的时间扩展并不一致。 

联合考虑时钟误差所引起的基带信号的频率偏移、相位偏移和时间扩展这三个非理想因素与时间延迟会使得所建立的基带信号关系更复杂，进而由该基带信号所得到的目标函数与上述两种方法得到的目标函数并不一致，对时延以及时钟误差的计算也更困难。目前在有源定位系统中上述场景下还没有将这三个非理想因素与时延联合考虑并进行计算的方法。 

发明内容

本发明的目的是针对背景技术的不足，改进设计了一种有源定位系统中的时延及时钟误差的计算方法，该方法克服了非相干接收条件下频率偏移、相位偏移和时间扩展三个非理想因素对时延计算的影响，达到提高时延计算精度的目的，实现对目标的精确定位。 

本发明的技术方案是：首先建立发射机与接收机的基带离散时间信号模型；然后在该离散时间信号模型的基础上，构造时间延迟及时钟误差联合计算的目标函数；最后对目标函数进行峰值搜索，得到相应的时间延迟及时钟误差，从而实现发明目的。因此，本发明方法包括：