一种应用于跳频测距中的频率排布方法及其装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种应用于跳频测距中的频率排布方法及其装置，其包括，步骤一、从发射端的所有可用子载波中筛选能够被接收端识别的所述可用子载波作为有效子载波；步骤二、将所述有效子载波的频率值按照预定规则排布成时间频率矩阵；其中，所述预定规则为：以所述有效子载波中最小频率值的作为所述时间频率矩阵中每行的第一个频率值，且每行的相邻的所述有效子载波相互不干扰。本发明有效规避同一个跳频时隙内两个频率不能相距太近的问题，具有更高的测距精度和更大的测距范围。
【专利说明】
-种应用于跳频测距中的频率排布方法及其装置
技术领域
[0001] 本发明属于跳频测距领域，特别设及一种应用于跳频测距中的频率排布方法及其 装置。
【背景技术】
[0002] 位置信息已经成为现代社会的关键基础信息，在国民经济、国防科技和日常生活 中发挥着重要的作用。定位技术通常分为两大类:基于测距的定位和非测距的定位。基于测 距的定位一般基于距离量的测量来确定位置信息，通常定位精度较高，因此更适用提供高 精度的位置服务。在各类测距技术当中，相位测距(Phase-based Ranging)得到广泛应用， 运类典型的系统有OMEGA、载波差分GPS、侧音测距、多频连续波雷达和无线电干设定位系统 (Radio Interferometric Positioning Systems,RIPS)等。
[0003] 跳频系统的载波频率不断变化，可W抵抗来自外界的干扰，广泛用于国防等重要 领域，其接收方式通常采用非相干接收。多频相位测距由于其非相干性，可应用于跳频系统 中。但是，由于跳频系统中每一跳的驻留时间通常都很短，而测距精度与测距时间成正相关 关系，所W只在一跳中测距很难达到较高的精度要求。有文献提出了融合多跳信息进行距 离解算的方法。
[0004] 但是，由于跳频系统的每一跳驻留时间短暂，如果将两个测距频率设置的过于靠 近，则运两个测距频率会在频谱上发生混叠，使得接收机不能够准确地估计接收信号的频 率和相位，所W，同一跳的测距频率之间必须保持一定的间隔。因此，怎样将所有可用的测 距频率排布在多个跳频时隙内，是一个重要的研究课题。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的是解决至少上述问题或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0006] 本发明还有一个目的是提供一种应用于跳频测距中的频率排布方法，本方法利用 跳频测距系统中的跳速、瞬时带宽、基带频率粒度、测距更新频率等参数，设计出每一个跳 频时隙内的测距频率排布。此方法得出的测距频率排布，规避了同一个跳频时隙内两个频 率不能相距太近的问题，并且与等间距安排测距频率相比，该方法具有更高的测距精度和 更大的测距范围。
[0007] 为了实现根据本发明的运些目的和其它优点，提供了一种应用于跳频测距中的频 率排布方法，包括：
[000引步骤一、从发射端的所有可用子载波中筛选能够被接收端识别的所述可用子载波 作为有效子载波；
[0009] 步骤二、将所述有效子载波的频率值按照预定规则排布成时间频率矩阵；
[0010] 其中，所述预定规则为：W所述有效子载波中最小频率值的作为所述时间频率矩 阵中每行的第一个频率值，且每行的相邻的所述有效子载波相互不干扰。
[0011] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，所述步骤二还包括将所 述有效子载波的按顺序排布；
[0012] 具体为，将所述有效子载波的频率值依次排布在所述时间频率矩阵的每一列中。
[0013] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，所述步骤一中能够被所 述接收端识别的可用子载波的频率值属于频率值区间{Favail}，所述频率值区间{Favail}的 计算公式为：
[0014]
[001引其中，Favail载波频率值，fmin表示基带频率合成器的频率步进，B表示现鹏固顺系统 的瞬时频率带宽，a、b和k表示整数。
[0016] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，所述时间频率矩阵中每 行的第一个频率值为afmin。
[0017] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，所述预定规则中每行相 邻的所述有效子载波相互不干扰即相邻的所述有效子载波的频率值满足下述公式为：
[001 引
[0019] 其中，fi和分别表示两个相邻的所述有效子载波的频率值，MFI表示最小频率值 间隔。
[0020] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，所述最小频率值间隔MFI 的计算公式为：
[0021] MFI = 1/T；
[0022] 其中，T为每载波频率在所述接收端的驻留时间。
[0023] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，当符合所述预定规则的 所述有效子载波的数量不足W构建完整的所述时间频率矩阵，则在所述时间频率矩阵中用 零补位。
[0024] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，所述步骤二之前还包括 将所有所述有效子载波的频率值升序排列；
[0025] 将升序排列的所述频率值按照所述预定规则依次排布在所述时间频率矩阵的每 一列中。
[0026] 优选的是，所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，所述预定规则还包括设 定所述频率时间频率矩阵的行数m;
[0027] m = Tr/T
[00%]其中，Tr为跳频测距系统更新频率。
[0029] 本发明还提供一种应用所述的应用于跳频测距中的频率排布的装置，其包括：
[0030] 数据库，其存储发射端的所有可用子载波；
[0031] 处理器，其预存有能够被与所述发射端相对应的接收端识别的子载波的频率区 间；所述处理器从数据库中筛选符合上述频率区间的可用子载波作为有效子载波，并将所 述有效子载波的频率值按照预定规则排布成时间频率矩阵，并将所述时间频率矩阵上传至 所述数据库中；
[0032] 其中，所述预定规则为：W所述有效子载波中最小频率值的作为所述时间频率矩 阵中每行的第一个频率值，且每行的相邻的所述有效子载波相互不干扰。
[0033] 在本装置在调频测距系统中的使用的过程中：
[0034] 发射端的产生器中维护一个相位数组，里面记录了每个可用频率的当前相位。每 经过一个采样周期，就更新一次相位数组，并将运些相位转化为采样值输出。对于每个可用 频率fi，当采样周期为Ts时，相位更新的步进夫
。发射端，其从数据库中调取所 述时间频率矩阵，并按照所述时间频率矩阵的发射有效子载波作为测距信号。同时，发射端 开始工作时，打开发射节点程序，程序读取时间频率矩阵并按照时间频率矩阵更换测距频 率集。
[0035] 接收端打开接收节点程序，程序读取时间频率矩阵并利用USRP接收天线接收发射 节点发送的测距信号，并将信号存储下来。然后测距信号进入USRP子板进行模拟下变频至 中频。然后，中频信号进入USRP母板，经过ADC转换采样成数字信号，数字信号经过数字下变 频，打上USRP的本地时间戳，再经W太网口被送至处理器进行处理;处理器收到USRP发来的 信号采样样本之后，提取样本值和时间戳，将样本值送至相位估计模块用来估计各个子载 波频率的相位，而时间戳中的时间信息用来控制射频端载波的跳变。
[0036] 本发明的有益效果如下：
[0037] 1、所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，W接收端能够识别的载波的频率 值区间为依据，筛选发射端发射的位于该区间的任一载波的子载波，将包括筛选出的子载 波的频率排列成时间频率矩阵，由于该时间频率矩阵中每个子载波均可W被接收端识别， 均可W用来进行相位测距，将发射端利用该时间频率矩阵进行测距时，有效提高测距的准 确性。
[0038] 2、所述的应用于跳频测距中的频率排布方法中，利用本方法获得的时间频率矩阵 有效规避同一个跳频时隙内两个频率不能相距太近的问题，避免载波之间的干扰。
【附图说明】
[0039] 图1为本发明所述的应用于跳频测距中的频率排布方法的流程图；
[0040] 图2为本发明其中一个实施例所述应用于跳频测距中的频率排布方法的载波示意 图；
[0041] 图3为本发明其中一个实施例所述应用于跳频测距中的频率排布方法的时间频率 矩阵的载波示意图；
[0042] 图4为本发明所述的应用于跳频测距中的频率排布装置在跳频测距系统中的工作 流程图；
[0043] 图5为本发明其中一个实施例所述的应用于跳频测距中的频率排布装置在时间频 率矩阵的频率分布图；
[0044] 图6为本发明其中一个实施例所述的应用于跳频测距中的频率排布装置在跳频测 距系统中发射端形成时间频率矩阵的形状图的瀑布图；
[0045] 图7为本发明其中一个实施例所述的应用于跳频测距中的频率排布装置的发射端 和接收端的结构示意图；
[0046] 图8为本发明其中一个实施例所述的应用于跳频测距中的频率排布装置应用在调 频测距系统中的误差分析图。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，W令本领域技术人员参照说明书文 字能够据W实施。
[004引本发明公开了一种应用于跳频测距中的频率排布方法，如图1至图3所示，该方法 至少包括：
[0049] 步骤一、从发射端的所有可用子载波中筛选能够被接收端识别的所述可用子载波 作为有效子载波；
[0050] 能够被所述接收端识别的可用子载波的频率值属于频率值区间{Favail}，所述频率 值区间{Favail}的计算公式为：
[0化1 ]
[0052] 其中，Favail载波频率值，fmin表示基带频率合成器的频率步进，B表示测距跳频系统 的瞬时频率带宽，a、b和k表示整数。
[0053] 步骤二、2.1)将所有所述有效子载波的频率值升序排列；
[0054] 2.2)将所述有效子载波的频率值按照预定规则排布成时间频率矩阵;所述时间频 率矩阵的排布方法为，将述升序排列的所述频率值按照所述预定规则依次排布在所述时间 频率矩阵的每一列中。
[0055] 其中，所述预定规则为：W所述有效子载波中最小频率值的作为所述时间频率矩 阵中每行的第一个频率值，且每行的相邻的所述有效子载波相互不干扰。
[0056] 上述方案中，所述时间频率矩阵中每行的第一个频率值均为afmin。
[0057] 上述方案中，所述预定规则中每行相邻的所述有效子载波相互不干扰即相邻的所 述有效子载波的频率值满足下述公式为：
[005引 I f 广。I ^MFI
[0059] 其中，fi和分别表示两个相邻的所述有效子载波的频率值，MFI表示最小频率值 间隔。
[0060] 上述方案中，所述最小频率值间隔MFI的计算公式为：
[0061 ] MFI = 1/T；
[0062] 其中，T为每载波频率在所述接收端的驻留时间。
[0063] 上述方案中，当符合所述预定规则的所述有效子载波的数量不足W构建完整的所 述时间频率矩阵，则在所述时间频率矩阵中用零补位。
[0064] 上述方案中，所述预定规则还包括设定所述频率时间频率矩阵的行数m;
[00化]m = Tr/T
[0066] 其中，Tr为跳频测系统测距更新频率。
[0067] 如图4所示，本发明还公开一种应用所述的应用于跳频测距中的频率排布装置，其 包括：
[0068] 数据库，其存储发射端的所有可用子载波；
[0069] 处理器，其预存有能够被与所述发射端相对应的接收端识别的子载波的频率区 间；所述处理器从数据库中筛选符合上述频率区间的可用子载波作为有效子载波，并将所 述有效子载波的频率值按照预定规则排布成时间频率矩阵，并将所述时间频率矩阵上传至 所述数据库中；
[0070]其中，所述预定规则为：W所述有效子载波中最小频率值的作为所述时间频率矩 阵中每行的第一个频率值，且每行的相邻的所述有效子载波相互不干扰。
[0071 ] 在本装置在调频测距系统中的应为，如图5至图7所示：
[0072] 发射端1，其从数据库中调取所述时间频率矩阵;发射端1开始工作时，打开发射节 点程序，程序读取时间频率矩阵并按照时间频率矩阵更换测距频率集。
[0073] 接收端2打开接收节点程序，程序读取时间频率矩阵并利用USRP接收天线接收发 射节点发送的测距信号，并将信号存储下来。然后测距信号进入USRP子板进行模拟下变频 至中频。然后，中频信号进入USRP母板，经过ADC转换采样成数字信号，数字信号经过数字下 变频，打上USRP的本地时间戳，再经W太网口被送至处理器进行处理；
[0074] 处理器收到USRP发来的信号采样样本之后，提取样本值和时间戳，将样本值送至 相位估计模块用来估计各个子载波频率的相位，而时间戳中的时间信息用来控制射频端载 波的跳变。
[0075] 将本频率排布装置应用在调频测距系统中，在操场环境下，经过100次连续测距测 试，精度达到45.6米，其精确度如图8所示。消除多径效应后，可W提升至更高精度，本方法 应用于跳频系统中，抗干扰功能强。
[0076] 尽管本发明的实施例已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运 用，它完全可W被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实 现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于 特定的细节。
【主权项】
1. 一种应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，包括： 步骤一、从发射端的所有可用子载波中筛选能够被接收端识别的所述可用子载波作为 有效子载波； 步骤二、将所述有效子载波的频率值按照预定规则排布成时间频率矩阵； 其中，所述预定规则为：以所述有效子载波中最小频率值的作为所述时间频率矩阵中 每行的第一个频率值，且每行的相邻的所述有效子载波相互不干扰。2. 如权利要求1所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，所述步骤二还 包括所述有效子载波的按顺序排布； 具体为将所述有效子载波的频率值依次排布在所述时间频率矩阵的每一列中。3. 如权利要求2所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，所述步骤一中 能够被所述接收端识别的可用子载波的频率值属于频率值区间{F_u}，所述频率值区间 {F avaii}的计算公式为：其中，F_u载波频率值，f_表示基带频率合成器的频率步进，B表示测距跳频系统的瞬 时频率带宽，a、b和k表示整数。4. 如权利要求3所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，所述时间频率 矩阵中每行的第一个频率值为afmin。5. 如权利要求4所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，所述预定规则 中每行相邻的所述有效子载波相互不干扰即相邻的所述有效子载波的频率值满足下述公 式为： fi-f j I ^MFI 其中，fdPt分别表示两个相邻的所述有效子载波的频率值，MFI表示最小频率值间隔。6. 如权利要求5所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，所述最小频率 值间隔MFI的计算公式为： MFI = 1/T； 其中，T为每载波频率在所述接收端的驻留时间。7. 如权利要求6所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，当符合所述预 定规则的所述有效子载波的数量不足以构建完整的所述时间频率矩阵，则在所述时间频率 矩阵中用零补位。8. 如权利要求1所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，所述步骤二之 前还包括将所有所述有效子载波的频率值升序排列； 将升序排列的所述频率值按照所述预定规则依次排布在所述时间频率矩阵的每一列 中。9. 如权利要求1所述的应用于跳频测距中的频率排布方法，其特征在于，所述预定规则 还包括设定所述频率时间频率矩阵的行数m; m=Tr/T ； 其中，Tr为跳频测距系统更新频率。10.应用如权利要求1至9任一项所述的应用于跳频测距中的频率排布方法的装置，其 包括： 数据库，其存储发射端的所有可用子载波； 处理器，其预存有能够被与所述发射端相对应的接收端识别的子载波的频率区间；所 述处理器从数据库中筛选符合上述频率区间的可用子载波作为有效子载波，并将所述有效 子载波的频率值按照预定规则排布成时间频率矩阵； 其中，所述预定规则为：以所述有效子载波中最小频率值的作为所述时间频率矩阵中 每行的第一个频率值，且每行的相邻的所述有效子载波相互不干扰。
【文档编号】G01S11/02GK105954737SQ201610475582
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】刘岳, 邓波, 张玉超, 彭甫阳, 包阳, 阳雨, 许帅, 赵亮
【申请人】北京系统工程研究所