一种多点无源探测全相位信号分选与到达时间差测量系统的制作方法

本发明涉及一种多点无源探测全相位信号分选与到达时间差测量系统，适用于多点无源探测系统的信号分选、配对以及精确时差测量。

背景技术：

多点无源探测系统通过对非协作目标所发射的信号进行多站接收和时差测量实现对目标位置的测定，主要针对目标所发射的雷达信号、敌我识别信号等。

目前，多点无源探测系统工作时，各分站通过快速傅里叶变换(FFT)算法对目标信号进行处理，测定信号的频率RF(Radio frequency)、到达时间TOA(Time of arrival)、脉冲宽度PW(pulse width)、脉冲幅度PA(Pulse amplitude)、脉间重复间隔PRI(Pulse recurrence interval)等参数，生成信号的脉冲描述字(PDW,Pulse Description Word)，并通过通信链路传输至主站。主站根据PDW字中所包含的信号特征对分站接收到的信号进行分选和配对，实现对同一辐射源信号到达不同分站时差的测量，进而实现对目标位置的几何测算。

在目前的多点无源探测系统中，使用快速傅里叶变换进行频谱分析存在两个主要的问题：一，只有当信号采样频率为FFT频率分辨率的整数倍时，测出的相位才准确，否则需借助校正措施给予修正，对于对非协同目标信号进行探测的多点无源探测系统而言，很难预先选取适合相位测量的采样频率和FFT频率分辨率，无法测得到达各分站非合作信号的精确初始相位，从而无法利用同一信号到达各分站的相位差进行时差测量。二，存在较严重的频谱泄漏效应，影响频率和相位的测量精度。

基于上述问题，现有的多点无源探测系统并没有对目标信号的相位值作为特征参数加以合理利用，且频率测量精度不高。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种采用全相位傅里叶变换(All-phase Fast-Fourier Transform,APFFT)的多点无源探测全相位信号分选与到达时间差测量系统，实现了对非合作目标信号频率与初始相位的精确测量，通过各分站测得的信号到达时间差对测得信号的初始相位差进行去整周模糊处理，并以处理后的相位差作为精确时差测量结果，增强了多点无源探测系统的信号分选配对与时差测量的准确度。

本发明的技术解决方案是：

一种多点无源探测全相位信号分选与到达时间差测量系统，其特征在于，包括：数字化信道模块、包络检波与TOA测量模块、全相位测相测频模块、PDW字生成模块、信号分选与配对模块、时差精测模块；

所述数字化信道模块检测和接收目标信号，将其转换为用于信号处理的数字中频信号；

所述包络检波与TOA测量模块对数字化信道模块输出的数字中频信号进行包络检波和参数测量；

所述全相位测相测频模块对信号进行全相位傅里叶变换处理，测出信号的精确初始相位和信号频率；

所述PDW字生成模块根据包络检波与TOA测量模块的测量结果以及全相位测相测频模块的信号频率测量结果生成用于信号分选配对的PDW字；

所述信号分选与配对模块通过PDW字对来自于多个辐射源的信号进行分选和配对；

所述时差精测模块根据信号分选和配对结果，通过各分站测得的信号到达时间差对信号的初始相位差测量结果进行去整周模糊处理，并以处理后的初始相位差作为精确时差测量结果。

进一步地，所述数字化信道模块、包络检波与TOA测量模块、全相位测相测频模块、PDW字生成模块装备于主站和所有分站，所述信号分选与配对模块、时差精测模块只装备在主站。

进一步地，所述数字化信道模块包括A/D转换器和数字信道化接收机。

进一步地，所述包络检波与TOA测量模块所测量的信号参数包括：到达时间、脉冲宽度、脉冲幅度、脉间重复间隔。

进一步地，所述全相位傅里叶变换具有全相位信号处理的相位不变性，通过采用全相位傅里叶变换对信号进行处理求得接收到的信号的精确初相位值。

进一步地，通过所述全相位傅里叶变换来有效的减少频谱泄漏，避免傅里叶变换处理过程中因频谱泄漏而引起的测量精度下降。

进一步地，通过所述全相位傅里叶变换，在系统的采样频率非FFT频率分辨率的整数倍条件下测出信号的准确相位，以避免采用傅里叶变换对信号进行接收和处理的过程中因不同步采样而使得测出相位不准，需借助频谱校正措施给予修正的情况。

进一步地，根据所述时差精测模块获得的精确时差测量结果，实现对目标的多点无源定位。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明可以有效的减少对非合作信号采样处理过程中的频谱泄漏，避免傅里叶变换处理过程中因频谱泄漏而引起的测量精度下降，提高了对非合作信号频谱的测量精度。

(2)本发明可在系统的采样频率非FFT频率分辨率的整数倍条件下测出信号的准确相位，避免了采用傅里叶变换对信号进行接收和处理的过程中相位测量精度受频偏影响明显，需借助频谱校正措施给予修正的情况。有效提高了多点无源探测系统对非协作目标所发射的雷达信号、敌我识别信号等非协同信号的初相位测量精度，从而可以使用相位差作为时差测量结果，提高时差测量精度。

附图说明

图1为本发明系统架构示意图。

图2为信号分选方法示意图。

图3为采用FFT与APFFT对同一组信号进行处理的示意图。

图4为频谱泄漏抑制作用的示意图。

图5为时差精测模块组成示意图。

图6为到达时间差采样误差示意图。

图7为时差定位原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细描述。

本发明提供了一种多点无源探测全相位信号分选与到达时间差测量系统，用于对非合作目标所发射的信号进行分选、配对以及精确时差测量，进而实现对目标的多点无源定位。图1所示为本发明的系统组成，主要由以下模块组成：数字化信道模块、包络检波与TOA测量模块、全相位测相测频模块、PDW字生成模块、信号分选与配对模块，时差精测模块。其中，数字化信道模块、包络检波与TOA测量模块、全相位测相测频模块、PDW字生成模块装备于多点无源定位系统的主站和所有分站，信号分选与配对模块、时差精测模块只装备在主站。

系统通过全相位傅里叶变换对非合作目标信号进行处理，实现对信号相位的有效利用以及对信号频率的精确测量，进而提高信号分选、配对以及时差测量的精度。

数字化信道模块包括A/D转换器和数字信道化接收机，用于对来自于多个非合作辐射源所发射的信号(一般包括目标所发射的雷达信号、敌我识别信号等)进行检测和接收，并将其转换为用于信号处理的数字中频信号。

包络检波与TOA测量模块对数字化信道模块输出的数字中频信号进行包络检波和参数测量，测出信号的到达时间TOA、脉冲宽度PW、脉冲幅度PA、脉间重复间隔PRI等参数。

全相位测相测频模块对信号进行全相位傅里叶变换处理，测出信号的精确初始相位和无需频谱校正的精确信号频率RF。采用全相位傅里叶变换具有如下优点：

a)全相位傅里叶变换的相位测量结果不受频偏等因素的影响，即全相位信号处理的相位不变性。采用全相位傅里叶变换对信号进行处理可求得接收到的信号的精确初相位值。

b)全相位傅里叶变换可以有效的减少频谱泄漏，避免傅里叶变换处理过程中因频谱泄漏而引起的测量精度下降。

c)采用全相位傅里叶变换可在系统的采样频率非FFT频率分辨率的整数倍条件下测出信号的准确相位，避免了采用傅里叶变换对信号进行接收和处理的过程中因“不同步采样”而使得测出相位不准，需借助频谱校正措施给予修正的情况。有效提高了多点无源探测系统对非协作目标所发射的雷达信号、敌我识别信号等非协同信号的相位测量精度，从而可以通过到达各分站的同一信号的相位差作为时差测量结果，提高时差测量精度。

采用FFT与全相位傅里叶变换(APFFT)对同一组信号进行处理的结果示例分别如图3中(a)图和(b)图所示。被测信号包含有：信号1(中心频率10Hz、初始相位10°)、信号2(中心频率20.1Hz、初始相位30°)、信号3(中心频率30.2Hz、初始相位50°)、信号4(中心频率40.3Hz、初始相位70°)、信号5(中心频率50.4Hz、初始相位90°)。由处理结果可见，APFFT可以在信号的中心频率处测出准确的初始相位值，而受到频谱泄露和不同步采样等因素的影响，传统的FFT所测出的相位值误差较大。

APFFT分析具备良好的抑制频谱泄露特性，可在无需频谱校正的情况下更精确的对信号频率RF进行检测，尤其适用于空间中同时存在有强弱不同的多组被测信号的情况。以图4为例，如果空间中存在有一个强被测信号和一个极小的弱被测分量，其理想谱线如图4中(a)图所示。通过FFT对信号进行观测的结果示例如图4中(b)图所示，观测到的能量谱线会由中心位置向两旁泄漏，由于B谱线的能量较强，其泄漏的谱线B_-2，B_-3与A谱线重合，会造成A谱线无法被检测。通过APFFT对信号进行观测的结果示例如图4中(c)图所示，全相位方法有较好的频谱泄漏抑制作用，所以弱信号的主谱线没有被强信号的泄漏谱线所覆盖，从而可以被有效检测。

PDW字生成模块将包络检波与TOA测量模块的测量结果以及全相位测相测频模块的信号频率测量结果生成用于信号分选配对的PDW字。

各分站通过通信链路将PDW字发送至主站，主站对分站和本站的PDW字进行处理，实现对来自于多个信号源的信号进行分选。由于需要对整接收频段内的雷达、通信、敌我识别以及其它辐射源进行侦察，因而整个信号的分选数据流较大，可采用多模式并行的信号分选算法，实现在高信号密度下的信号分选，方法如图2所示(不限于)。将生成的PDW送给信号分选模块。该模块首先对PDW做并行脉冲一次分选，对脉冲流进行分类，以达到稀释信号的目的，并且能够提高信号分选速率。信号一次分选拟采用多种预分选算法同时进行分选，算法包括但不限于脉宽分选、频率分选等。然后分段对分类后的PDW按照到达时间(TOA)进行并行脉冲二次分选。同样，并行二次分选也将采用多种分选算法同时分选，算法包括但不限于累计差值直方图法、序列差值直方图法等。各段在经过二次分选后，对各段分选结果进行融合，形成分选结果输出。

时差精测模块的组成如图5所示。时差精测模块根据信号分选与配对结果，对来自于同一信号源的非合作信号进行时差测量。通过各分站以及主站给出的信号到达时间TOA计算信号到达时间差结果(图5中的时间差测量模块)，再通过该时间差结果对各分站测得信号的初始相位差(图5中的相位差测量模块)进行去整周模糊处理(图5中的整周模糊消除模块)，获取同一辐射源所发射信号到达各个分站的精确相位差，并以此作为用于信号定位计算的精确时差测量结果。

整周模糊处理的原因在于：采用信号到达时间差进行测量时，各分站对信号到达时间的判定存在无法消除的采样误差，如图6所示。采用相位差进行时差测量的精度更高，但存在整周模糊。通过对信号频率的测量以及信号到达各接收站时间差的测量，可以计算出信号达到各个接收站的整周数差值，通过该信息对相位差进行去整周模糊处理，即可得到精确的相位差值。

通过时差测量结果对目标进行多点无源定位的原理如图7所示。图7中，A点为主站，B、C点为分站，T为被探测的信号源。通过测量目标信号到达多部接收机的时间差，利用双曲线原理确定目标信号坐标，在二维平面内，目标信号到达两个接收站的时间差确定了以两接收站为焦点的双曲线，如果利用第三站就能得到2条双曲线，通过求这2条双曲线的交点即可确定信号所属目标的位置。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。