本發(fā)明涉及一種多點無源探測全相位信號分選與到達(dá)時間差測量系統(tǒng)，適用于多點無源探測系統(tǒng)的信號分選、配對以及精確時差測量。

背景技術(shù)：

多點無源探測系統(tǒng)通過對非協(xié)作目標(biāo)所發(fā)射的信號進(jìn)行多站接收和時差測量實現(xiàn)對目標(biāo)位置的測定，主要針對目標(biāo)所發(fā)射的雷達(dá)信號、敵我識別信號等。

目前，多點無源探測系統(tǒng)工作時，各分站通過快速傅里葉變換(FFT)算法對目標(biāo)信號進(jìn)行處理，測定信號的頻率RF(Radio frequency)、到達(dá)時間TOA(Time of arrival)、脈沖寬度PW(pulse width)、脈沖幅度PA(Pulse amplitude)、脈間重復(fù)間隔PRI(Pulse recurrence interval)等參數(shù)，生成信號的脈沖描述字(PDW,Pulse Description Word)，并通過通信鏈路傳輸至主站。主站根據(jù)PDW字中所包含的信號特征對分站接收到的信號進(jìn)行分選和配對，實現(xiàn)對同一輻射源信號到達(dá)不同分站時差的測量，進(jìn)而實現(xiàn)對目標(biāo)位置的幾何測算。

在目前的多點無源探測系統(tǒng)中，使用快速傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析存在兩個主要的問題：一，只有當(dāng)信號采樣頻率為FFT頻率分辨率的整數(shù)倍時，測出的相位才準(zhǔn)確，否則需借助校正措施給予修正，對于對非協(xié)同目標(biāo)信號進(jìn)行探測的多點無源探測系統(tǒng)而言，很難預(yù)先選取適合相位測量的采樣頻率和FFT頻率分辨率，無法測得到達(dá)各分站非合作信號的精確初始相位，從而無法利用同一信號到達(dá)各分站的相位差進(jìn)行時差測量。二，存在較嚴(yán)重的頻譜泄漏效應(yīng)，影響頻率和相位的測量精度。

基于上述問題，現(xiàn)有的多點無源探測系統(tǒng)并沒有對目標(biāo)信號的相位值作為特征參數(shù)加以合理利用，且頻率測量精度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用全相位傅里葉變換(All-phase Fast-Fourier Transform,APFFT)的多點無源探測全相位信號分選與到達(dá)時間差測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了對非合作目標(biāo)信號頻率與初始相位的精確測量，通過各分站測得的信號到達(dá)時間差對測得信號的初始相位差進(jìn)行去整周模糊處理，并以處理后的相位差作為精確時差測量結(jié)果，增強了多點無源探測系統(tǒng)的信號分選配對與時差測量的準(zhǔn)確度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種多點無源探測全相位信號分選與到達(dá)時間差測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：數(shù)字化信道模塊、包絡(luò)檢波與TOA測量模塊、全相位測相測頻模塊、PDW字生成模塊、信號分選與配對模塊、時差精測模塊；

所述數(shù)字化信道模塊檢測和接收目標(biāo)信號，將其轉(zhuǎn)換為用于信號處理的數(shù)字中頻信號；

所述包絡(luò)檢波與TOA測量模塊對數(shù)字化信道模塊輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行包絡(luò)檢波和參數(shù)測量；

所述全相位測相測頻模塊對信號進(jìn)行全相位傅里葉變換處理，測出信號的精確初始相位和信號頻率；

所述PDW字生成模塊根據(jù)包絡(luò)檢波與TOA測量模塊的測量結(jié)果以及全相位測相測頻模塊的信號頻率測量結(jié)果生成用于信號分選配對的PDW字；

所述信號分選與配對模塊通過PDW字對來自于多個輻射源的信號進(jìn)行分選和配對；

所述時差精測模塊根據(jù)信號分選和配對結(jié)果，通過各分站測得的信號到達(dá)時間差對信號的初始相位差測量結(jié)果進(jìn)行去整周模糊處理，并以處理后的初始相位差作為精確時差測量結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字化信道模塊、包絡(luò)檢波與TOA測量模塊、全相位測相測頻模塊、PDW字生成模塊裝備于主站和所有分站，所述信號分選與配對模塊、時差精測模塊只裝備在主站。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字化信道模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信道化接收機。

進(jìn)一步地，所述包絡(luò)檢波與TOA測量模塊所測量的信號參數(shù)包括：到達(dá)時間、脈沖寬度、脈沖幅度、脈間重復(fù)間隔。

進(jìn)一步地，所述全相位傅里葉變換具有全相位信號處理的相位不變性，通過采用全相位傅里葉變換對信號進(jìn)行處理求得接收到的信號的精確初相位值。

進(jìn)一步地，通過所述全相位傅里葉變換來有效的減少頻譜泄漏，避免傅里葉變換處理過程中因頻譜泄漏而引起的測量精度下降。

進(jìn)一步地，通過所述全相位傅里葉變換，在系統(tǒng)的采樣頻率非FFT頻率分辨率的整數(shù)倍條件下測出信號的準(zhǔn)確相位，以避免采用傅里葉變換對信號進(jìn)行接收和處理的過程中因不同步采樣而使得測出相位不準(zhǔn)，需借助頻譜校正措施給予修正的情況。

進(jìn)一步地，根據(jù)所述時差精測模塊獲得的精確時差測量結(jié)果，實現(xiàn)對目標(biāo)的多點無源定位。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明可以有效的減少對非合作信號采樣處理過程中的頻譜泄漏，避免傅里葉變換處理過程中因頻譜泄漏而引起的測量精度下降，提高了對非合作信號頻譜的測量精度。

(2)本發(fā)明可在系統(tǒng)的采樣頻率非FFT頻率分辨率的整數(shù)倍條件下測出信號的準(zhǔn)確相位，避免了采用傅里葉變換對信號進(jìn)行接收和處理的過程中相位測量精度受頻偏影響明顯，需借助頻譜校正措施給予修正的情況。有效提高了多點無源探測系統(tǒng)對非協(xié)作目標(biāo)所發(fā)射的雷達(dá)信號、敵我識別信號等非協(xié)同信號的初相位測量精度，從而可以使用相位差作為時差測量結(jié)果，提高時差測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

圖2為信號分選方法示意圖。

圖3為采用FFT與APFFT對同一組信號進(jìn)行處理的示意圖。

圖4為頻譜泄漏抑制作用的示意圖。

圖5為時差精測模塊組成示意圖。

圖6為到達(dá)時間差采樣誤差示意圖。

圖7為時差定位原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種多點無源探測全相位信號分選與到達(dá)時間差測量系統(tǒng)，用于對非合作目標(biāo)所發(fā)射的信號進(jìn)行分選、配對以及精確時差測量，進(jìn)而實現(xiàn)對目標(biāo)的多點無源定位。圖1所示為本發(fā)明的系統(tǒng)組成，主要由以下模塊組成：數(shù)字化信道模塊、包絡(luò)檢波與TOA測量模塊、全相位測相測頻模塊、PDW字生成模塊、信號分選與配對模塊，時差精測模塊。其中，數(shù)字化信道模塊、包絡(luò)檢波與TOA測量模塊、全相位測相測頻模塊、PDW字生成模塊裝備于多點無源定位系統(tǒng)的主站和所有分站，信號分選與配對模塊、時差精測模塊只裝備在主站。

系統(tǒng)通過全相位傅里葉變換對非合作目標(biāo)信號進(jìn)行處理，實現(xiàn)對信號相位的有效利用以及對信號頻率的精確測量，進(jìn)而提高信號分選、配對以及時差測量的精度。

數(shù)字化信道模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信道化接收機，用于對來自于多個非合作輻射源所發(fā)射的信號(一般包括目標(biāo)所發(fā)射的雷達(dá)信號、敵我識別信號等)進(jìn)行檢測和接收，并將其轉(zhuǎn)換為用于信號處理的數(shù)字中頻信號。

包絡(luò)檢波與TOA測量模塊對數(shù)字化信道模塊輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行包絡(luò)檢波和參數(shù)測量，測出信號的到達(dá)時間TOA、脈沖寬度PW、脈沖幅度PA、脈間重復(fù)間隔PRI等參數(shù)。

全相位測相測頻模塊對信號進(jìn)行全相位傅里葉變換處理，測出信號的精確初始相位和無需頻譜校正的精確信號頻率RF。采用全相位傅里葉變換具有如下優(yōu)點：

a)全相位傅里葉變換的相位測量結(jié)果不受頻偏等因素的影響，即全相位信號處理的相位不變性。采用全相位傅里葉變換對信號進(jìn)行處理可求得接收到的信號的精確初相位值。

b)全相位傅里葉變換可以有效的減少頻譜泄漏，避免傅里葉變換處理過程中因頻譜泄漏而引起的測量精度下降。

c)采用全相位傅里葉變換可在系統(tǒng)的采樣頻率非FFT頻率分辨率的整數(shù)倍條件下測出信號的準(zhǔn)確相位，避免了采用傅里葉變換對信號進(jìn)行接收和處理的過程中因“不同步采樣”而使得測出相位不準(zhǔn)，需借助頻譜校正措施給予修正的情況。有效提高了多點無源探測系統(tǒng)對非協(xié)作目標(biāo)所發(fā)射的雷達(dá)信號、敵我識別信號等非協(xié)同信號的相位測量精度，從而可以通過到達(dá)各分站的同一信號的相位差作為時差測量結(jié)果，提高時差測量精度。

采用FFT與全相位傅里葉變換(APFFT)對同一組信號進(jìn)行處理的結(jié)果示例分別如圖3中(a)圖和(b)圖所示。被測信號包含有：信號1(中心頻率10Hz、初始相位10°)、信號2(中心頻率20.1Hz、初始相位30°)、信號3(中心頻率30.2Hz、初始相位50°)、信號4(中心頻率40.3Hz、初始相位70°)、信號5(中心頻率50.4Hz、初始相位90°)。由處理結(jié)果可見，APFFT可以在信號的中心頻率處測出準(zhǔn)確的初始相位值，而受到頻譜泄露和不同步采樣等因素的影響，傳統(tǒng)的FFT所測出的相位值誤差較大。

APFFT分析具備良好的抑制頻譜泄露特性，可在無需頻譜校正的情況下更精確的對信號頻率RF進(jìn)行檢測，尤其適用于空間中同時存在有強弱不同的多組被測信號的情況。以圖4為例，如果空間中存在有一個強被測信號和一個極小的弱被測分量，其理想譜線如圖4中(a)圖所示。通過FFT對信號進(jìn)行觀測的結(jié)果示例如圖4中(b)圖所示，觀測到的能量譜線會由中心位置向兩旁泄漏，由于B譜線的能量較強，其泄漏的譜線B_-2，B_-3與A譜線重合，會造成A譜線無法被檢測。通過APFFT對信號進(jìn)行觀測的結(jié)果示例如圖4中(c)圖所示，全相位方法有較好的頻譜泄漏抑制作用，所以弱信號的主譜線沒有被強信號的泄漏譜線所覆蓋，從而可以被有效檢測。

PDW字生成模塊將包絡(luò)檢波與TOA測量模塊的測量結(jié)果以及全相位測相測頻模塊的信號頻率測量結(jié)果生成用于信號分選配對的PDW字。

各分站通過通信鏈路將PDW字發(fā)送至主站，主站對分站和本站的PDW字進(jìn)行處理，實現(xiàn)對來自于多個信號源的信號進(jìn)行分選。由于需要對整接收頻段內(nèi)的雷達(dá)、通信、敵我識別以及其它輻射源進(jìn)行偵察，因而整個信號的分選數(shù)據(jù)流較大，可采用多模式并行的信號分選算法，實現(xiàn)在高信號密度下的信號分選，方法如圖2所示(不限于)。將生成的PDW送給信號分選模塊。該模塊首先對PDW做并行脈沖一次分選，對脈沖流進(jìn)行分類，以達(dá)到稀釋信號的目的，并且能夠提高信號分選速率。信號一次分選擬采用多種預(yù)分選算法同時進(jìn)行分選，算法包括但不限于脈寬分選、頻率分選等。然后分段對分類后的PDW按照到達(dá)時間(TOA)進(jìn)行并行脈沖二次分選。同樣，并行二次分選也將采用多種分選算法同時分選，算法包括但不限于累計差值直方圖法、序列差值直方圖法等。各段在經(jīng)過二次分選后，對各段分選結(jié)果進(jìn)行融合，形成分選結(jié)果輸出。

時差精測模塊的組成如圖5所示。時差精測模塊根據(jù)信號分選與配對結(jié)果，對來自于同一信號源的非合作信號進(jìn)行時差測量。通過各分站以及主站給出的信號到達(dá)時間TOA計算信號到達(dá)時間差結(jié)果(圖5中的時間差測量模塊)，再通過該時間差結(jié)果對各分站測得信號的初始相位差(圖5中的相位差測量模塊)進(jìn)行去整周模糊處理(圖5中的整周模糊消除模塊)，獲取同一輻射源所發(fā)射信號到達(dá)各個分站的精確相位差，并以此作為用于信號定位計算的精確時差測量結(jié)果。

整周模糊處理的原因在于：采用信號到達(dá)時間差進(jìn)行測量時，各分站對信號到達(dá)時間的判定存在無法消除的采樣誤差，如圖6所示。采用相位差進(jìn)行時差測量的精度更高，但存在整周模糊。通過對信號頻率的測量以及信號到達(dá)各接收站時間差的測量，可以計算出信號達(dá)到各個接收站的整周數(shù)差值，通過該信息對相位差進(jìn)行去整周模糊處理，即可得到精確的相位差值。

通過時差測量結(jié)果對目標(biāo)進(jìn)行多點無源定位的原理如圖7所示。圖7中，A點為主站，B、C點為分站，T為被探測的信號源。通過測量目標(biāo)信號到達(dá)多部接收機的時間差，利用雙曲線原理確定目標(biāo)信號坐標(biāo)，在二維平面內(nèi)，目標(biāo)信號到達(dá)兩個接收站的時間差確定了以兩接收站為焦點的雙曲線，如果利用第三站就能得到2條雙曲線，通過求這2條雙曲線的交點即可確定信號所屬目標(biāo)的位置。

本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。