无线电被动定位中射频窄带信号时延估计研究

论文摘要

随着无线通信系统的蓬勃发展和人们安全意识的不断提高,古老的无线定位技术又焕发出新的生命,同时也出现了许多新的研究课题,因此吸引了众多研究者的注意。在他们共同地努力下,无线定位技术得到了极大的发展,在国民安全、行动导航等方面的作用也越来越重要。本文的主要研究内容为无线电被动定位技术中的时间延迟估计(Time Delay Estimation,TDE)问题。在无线电的定位方法中,被动定位以其高隐蔽性、灵活性获得了越来越多的关注。而被动定位中的时间延迟估计方法是定位中的关键部分,其精度和效率直接影响着整个定位系统的性能,所以对其进行深入的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文系统地研究了已有的时间延迟估计的理论和方法,在分析其原理和优缺点的基础上,介绍了三种新的时延估计方法。具体内容如下:首先,概述了无线电被动定位的特点、意义、历史和现状,以及时间延迟估计的基本概念、定位模型和评价指标,并简要介绍了几种已有的时延估计方法。其次,根据本文的应用背景,针对无线电定位中射频窄带信号的时延估计问题进行了研究。分析了射频窄带信号的时域以及频域特点,并根据分析域,分门别类的分析了现有算法在处理射频窄带信号时所存在的问题及原因。第三,本文深入研究了小波变换在时延估计问题中的应用。根据连续小波变换的时移共变性得到其可以与大多数已有时延估计算法联合应用这样一个结论,同时根据广义相关的思想,得到一种基于离散小波变换的二次加权的广义相关算法。第四,本文根据射频窄带信号带宽特点以及传统相关算法中相关函数估计式出发,利用相关运算将原信号的时延信息转移至相关函数中,通过对相关函数的波形比较得到更为精确的时延估计结果。理论分析和仿真表明该算法抗噪声性能优越,并且受带宽影响小,时延估计精度高。第五,本文根据时延估计定位工程项目中普遍存在的独立接收机中频偏差问题进行深入研究,利用窄带信号Hilbert变换性质,提取两路中频信号的包络,依此抵消中频处理对后续时延估计算法的影响,利用基于Kalman滤波的相位谱时延估计算法得到较准确的估计结果。最后,本文对实际接收信号进行测试,并对全文的研究工作进行了总结,并对下一步研究工作做出了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 无线电定位的基本原理
• 1.2 无线电被动定位的含义
• 1.3 无线电被动定位的特点
• 1.4 无线电被动定位的意义
• 1.5 无线电被动定位的发展历史与现状
• 1.6 本文的主要工作
• 2 时间延迟估计的基本理论与方法
• 2.1 时间延迟估计的概述
• 2.1.1 时间延迟估计的概念
• 2.1.2 时间延迟估计的发展与趋势
• 2.1.3 无线电被动定为中的时延估计
• 2.2 时间延迟估计的模型
• 2.2.1 双基元模型
• 2.2.2 三基元模型
• 2.3 时间延迟估计的性能评价标准
• 2.4 几种基本的时间延迟方法
• 2.4.1 相关算法
• 2.4.2 基于相位谱的时延估计算法
• 2.5.3 基于自适应滤波器的时延估计算法
• 3 射频窄带信号时延估计
• 3.1 射频窄带信号定位的背景和意义
• 3.2 时域算法的局限性
• 3.3 频域算法的局限性
• 4 小波变换在射频窄带信号时延估计中的应用
• 4.1 小波变换的基本原理
• 4.1.1 小波变换概述
• 4.1.2 小波的多分辨率分析
• 4.2 连续小波变换在射频窄带信号时延估计问题中的应用
• 4.3 离散小波变换在射频窄带信号时延估计问题中的应用
• 4.4 计算机仿真与结果分析
• 4.5 小结
• 5 基于波形比较的射频窄带信号时延估计方法
• 5.1 维纳加权广义相关法
• 5.2 基于波形比较的时延估计方法
• 5.3 基于直方图统计的数据后处理方法
• 5.4 计算机仿真与结果分析
• 5.5 小结
• 6 基于Kalman滤波器的相位谱时延估计算法
• 6.1 射频窄带信号时延估计的中频问题
• 6.2 Hilbert包络提取法
• 6.3 Kalmnan滤波器算法的基本原理
• 6.4 基于Kalman滤波器的相位谱时延估计算法
• 6.5 计算机仿真与结果分析
• 6.6 小结
• 7 射频窄带信号时延估计系统实现及测试
• 7.1 系统总体方案
• 7.2 软件系统实现
• 7.3 实际信号测试结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢