[发明专利]综合时差和相位差分析的纳秒级时差估计方法

权利要求书

1.综合时差和相位差分析的纳秒级时差估计方法，其特征在于：通过跳变频信号互相关操作和相邻频点的相位差对两部雷达之间的时差进行纳秒级精确估计：当无线电侦测雷达系统侦测到有效目标时，对两个无线电侦测雷达系统接收到的信号分别进行频谱分析和恒虚警检测；将两路时频域信号相同频点的信号矩阵进行互相关操作，得到两个无线电侦测雷达系统之间时差粗估计值；分别确定两路时频域信号相同频点的信号的相位差，即互相关操作得到的对应频点的峰值的相位；确定相邻频点的相位差值，并结合频率差值，得到若干时差精确估计值；通过对多次时差精确估计值进行滤波处理，得到时差最终估计值，具体包括如下步骤：

步骤一：对两个无线电侦测雷达系统侦测到的回波信号进行频谱分析和恒虚警检测：

基于傅里叶变换对回波信号进行频谱分析，以筛选有效回波信号，若回波信号频谱矩阵存在特征信号，则判断存在空中目标；对有效回波信号进行恒虚警检测，以减少数据处理量，超过恒虚警检测门限的回波信号频谱矩阵数据保留，未超过恒虚警检测门限的回波信号频谱矩阵数据置零；具体包括以下子步骤：

步骤1.1：对回波信号进行傅里叶变换：

分别对两个无线电侦测雷达系统侦测到的回波信号s₀₁(m)以及s₀₂(m)进行傅里叶变换，分别对应得到回波信号s₀₁(m)以及s₀₂(m)的时频域矩阵S₀₁(n,f)以及S₀₂(n,f)；

步骤1.2：对时频域矩阵进行特征信号判别：

若时频域矩阵S₀₁(n,f)和S₀₂(n,f)中都存在特征信号，则判定存在空中目标，并得到有效回波信号；若时频域矩阵S₀₁(n,f)或S₀₂(n,f)中不存在特征信号，则继续进行侦测，转至步骤1.1；

步骤1.3：对有效回波信号的时频域矩阵进行恒虚警检测：

根据无线电侦测雷达系统和环境噪声影响确定恒虚警检测门限，超过恒虚警检测门限的有效回波信号的时频域矩阵S₀₁(n,f)以及S₀₂(n,f)数据保留，未超过恒虚警检测门限的有效回波信号的时频域矩阵S₀₁(n,f)以及S₀₂(n,f)数据置零，得到恒虚警检测后的有效回波信号的时频域矩阵S₁(n,f)以及S₂(n,f)；

步骤二：对步骤一恒虚警检测后得到的有效回波信号的时频域信号矩阵进行互相关操作：

将步骤一恒虚警检测后得到的有效回波信号的时频域信号矩阵S₁(n,f)以及S₂(n,f)中相同频率点的信号矩阵进行时频域共轭相乘；对时频域共轭相乘得到的时频域信号矩阵进行傅里叶逆变换，得到两个无线电侦测雷达系统之间时差粗估计值；具体包括以下子步骤：

步骤2.1：对步骤一恒虚警检测后得到的有效回波信号的时频域信号矩阵进行相同频率点的信号矩阵分解与对应：

将有效回波信号的时频域信号矩阵S₁(n,f)以及S₂(n,f)分别分解为多个单频点信号矩阵S_1i(n_i,f_i),i＝1,2,3,...,k以及S_2i(n_i,f_i),i＝1,2,3,...,k，n_i为同频点f_i对应的序列；

步骤2.2：将步骤2.1分解的相同频点的单频点信号矩阵进行时频域共轭相乘：

对单频点信号矩阵S_1i(n_i,f_i)进行时频域共轭，得到共轭单频点信号矩阵S₁*_i(n_i,f_i)，将共轭单频点信号矩阵与单频点信号矩阵S_2i(n_i,f_i)对应位置元素相乘，得到单频点匹配滤波信号矩阵S_12i(n_i,f_i)，如式(1)所示：

步骤2.3：对单频点匹配滤波信号矩阵进行傅里叶逆变换，得到两个无线电侦测雷达系统之间时差粗估计值：

对S_12i(n_i,f_i)进行傅里叶逆变换得到序列r_12i(n_i)，两个无线电侦测雷达系统之间时差粗估计值tc_i为序列r_12i(n_i)的峰值所对应的时间；

步骤三：确定步骤二所得的序列的峰值对应的相位，得到两路信号的相同频率点有效回波信号的相位差；确定相邻频率点的有效回波信号的相位差的差值，结合频率差值，确定若干时差精确估计值；通过对多次时差精确估计值进行平滑滤波，得到时差精确结果；具体包括以下子步骤：

步骤3.1：确定互相关操作得到对应频点的峰值的相位：

确定序列r_12i(n_i),i＝1,2,3,...,k的峰值的相位如式(2)所示：

其中，n_i-max为序列r_12i(n_i),i＝1,2,3,...,k最大值对应的横坐标值，angle(*)为确定最大值对应的相位；

步骤3.2：确定时差精确估计值：

确定相邻频点的相位差如式(3)所示：

结合频差Δf_i，确定时差精确估计值ta_i，如式(4)所示：

其中，频差Δf_i为相邻频点的频差值，与相邻频点的相位差相对应，如式(5)所示：

Δf_i＝f_i+1-f_ii＝1,2,3,...,k-1 (5)

基于相位差的时差估计精度Δt如式(6)所示：

步骤3.3：确定时差最终估计值：

通过对无线电侦测雷达系统进行多次有效回波信号接收处理时的多组时差精确估计值进行滤波处理，确定时差最终估计值；

步骤四：基于步骤一至步骤三，在实现两个无线电侦测雷达系统侦测接收信号时差精确估计的基础上，对多个无线电侦测雷达系统侦测接收信号进行两两之间时差精确估计，在空间上确定多条双曲线，通过多条双曲线交叉位置精确定位目标。

2.如权利要求1所述的综合时差和相位差分析的纳秒级时差估计方法，其特征在于：所述的特征信号是指具有跳变频性质的信号，包括：步进频信号、跳频信号等。