[发明专利]一种宽带线性调频信号的时差和尺度差估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种宽带线性调频信号的时差和尺度差估计方法，适用于两颗卫星对地球表面上发射宽带线性调频(Linear Frequency Modulated，LFM)信号的未知雷达辐射源进行定位。

背景技术

双星无源定位技术是指利用两颗卫星接收雷达辐射源辐射的信号后估计两颗卫星接收信号间的参数来定位未知的辐射源；雷达作为一种重要的探测工具，在现代战争中发挥着关键的作用，因此需要快速精确定位出对方的雷达辐射源；由于宽带线性调频(LFM)信号能够保证雷达具有良好的检测能力及和较高的距离、速度分辨率，因此在现代雷达中，宽带LFM信号是最常见的宽带雷达发射信号之一。

利用双星无源定位技术对发射宽带线性调频LFM信号的未知雷达快速精确定位的前提是估计出双星接收信号间的时差和尺度差，现有方法主要是通过搜索宽带互模糊函数(Wideband Cross Ambiguity Function，WBCAF)峰值来估计时差和尺度差，WBCAF对一路接收信号进行一个尺度的伸缩再与另一路接收信号进行时域相关，当伸缩尺度与两路接收信号间的尺度差相同时，此时的时域相关将形成宽带互模糊函数峰值。根据该宽带互模糊函数峰值的位置，可以获得时差和尺度差的估计。然而，基于宽带互模糊函数WBCAF的方法主要存在两个问题：(一)计算宽带互模糊函数WBCAF时需要对接收的离散信号进行伸缩，然而由于接收的离散信号解析式未知，伸缩过程的运算量过大；(二)为了获得宽带互模糊函数WBCAF峰值的位置，需要计算出整个模糊平面上各点处的模糊函数值，运算量较大。尽管有学者通过Sinc函数插值来快速实现对离散信号的伸缩，但是该方法用于计算宽带互模糊函数WBCAF时需要遍历所有可能的尺度，对接收的离散信号在每个尺度上都进行伸缩，不利于实时处理。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种宽带线性调频信号的时差和尺度差估计方法，该种宽带线性调频信号的时差和尺度差估计方法利用宽带线性调频LFM信号的特点，先估计出双星接收信号间的尺度差，再估计出时差。

本发明的主要思路：雷达辐射源辐射的宽带线性调频信号到达两颗卫星的时刻不同，表现为双星接收信号间存在时差；同时，双星相对于雷达辐射源的径向速度不同，表现为一颗卫星接收信号的波形相对于另一颗卫星接收信号的波形被压缩或者展宽，定义第二颗卫星接收信号相对于第一颗卫星接收信号波形伸缩的比例为尺度差；当雷达辐射源辐射的信号为宽带线性调频信号LFM信号时，由宽带线性调频LFM信号的魏格纳-威利分布(Wigner-Ville Distribution，WVD)可知，双星接收到的信号间的调频率之比等于尺度差的平方；根据这一特征，能够分别估计双星接收信号的调频率以获得尺度差的估计。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种宽带线性调频信号的时差和尺度差估计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定雷达辐射源、第一颗卫星和第二颗卫星，所述第一颗卫星和第二颗卫星分别在雷达辐射源的检测范围内，且雷达辐射源向第一颗卫星和第二颗卫星发射宽带线性调频信号；令雷达辐射源向第一颗卫星和第二颗卫星发射的宽带线性调频信号为第一颗卫星接收的宽带线性调频信号为第二颗卫星接收的宽带线性调频信号为

步骤2，分别计算第一颗卫星接收的宽带线性调频信号的最优角度估计和第二颗卫星接收的宽带线性调频信号的最优角度估计进而计算得到两颗卫星接收的宽带线性调频信号间的尺度差估计

步骤3，使用两颗卫星接收的宽带线性调频信号间的尺度差估计得到两颗卫星接收的宽带线性调频信号时差估计

本发明与现有技术相比具有的优点：

相对于传统的宽带互模糊函数WBCAF方法，本发明的核心是分级搜索出双星接收的线性调频LFM信号对应的最优角度以获得尺度差的估计，并且只需要对双星接收的线性调频LFM信号进行一次伸缩，无需二维搜索宽带互模糊函数WBCAF的峰值，因而计算量较小，易于实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的一种宽带线性调频信号的时差和尺度差估计方法流程图；

图2是双星接收的宽带线性调频LFM信号的Wigner-Ville分布(Wigner-Ville Distribution，WVD)示意图；

图3a是第一颗卫星接收的宽带线性调频LFM信号在不同角度的分数阶傅里叶变换FRFT图；