一種基于二階互模糊函數(shù)的TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法

張柏林+王龍+吳宏超

【摘 要】為了降低TDOA和FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)所消耗的時(shí)間，提高參數(shù)估計(jì)的時(shí)效性，通過對(duì)互模糊函數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行適當(dāng)變換，將傳統(tǒng)的直接互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法的二維TDOA/FDOA搜索算法變換為對(duì)信號(hào)內(nèi)積進(jìn)行快速傅里葉變換，再對(duì)變換后的數(shù)據(jù)展開二維搜索，這在很大程度上減小了TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)的計(jì)算量，從而提高參數(shù)估計(jì)的效率。并且還通過分組的方式，重構(gòu)了傅里葉變換項(xiàng)，并進(jìn)行相應(yīng)的近似，進(jìn)一步減小了計(jì)算量。仿真實(shí)驗(yàn)證明了算法的可行性和穩(wěn)健性。

【關(guān)鍵詞】干擾源定位；到達(dá)時(shí)差；互模糊函數(shù)

A kind of fuzzy function based on second-order mutual TDOA/FDOA joint parameter estimation algorithm

ZHANG Bo-lin WANG Long WU Hong-chao

（The Aviation University of Air Force， Changchun Jilin 130022， China）

【Abstract】In order to reduce the consumption of TDOA and FDOA joint parameter estimation by time， and improve the efficiency of the parameter estimation and based on the mutual transformation formula of fuzzy function properly， the traditional direct mutual fuzzy function parameter estimation algorithm of TDOA/FDOA joint transform 2 d TDOA/FDOA search algorithm for fast Fourier transform of signal inner product， after again to transform the data of two dimensional search， this is largely reduced the TDOA/FDOA joint parameter estimation calculation， so as to improve the efficiency of parameter estimation. And also through the way of grouping， reconstructed the Fourier transform， and the corresponding approximate， further reducing the amount of calculation. Simulation results prove the feasibility and robustness of the algorithm.

【Key words】Interference source location； Arrival time difference； Mutual ambiguity function

0 引言

隨著對(duì)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)需求的增長，現(xiàn)有的通信資源變得日趨緊張，競(jìng)爭也愈演愈烈，外層電磁空間的電磁環(huán)境也在不斷惡化。正常的通信業(yè)務(wù)常常遭受干擾，有效通信帶寬被占用，正常的通信業(yè)務(wù)也因此常常發(fā)生中斷，對(duì)于衛(wèi)星干擾源的定位問題的研究成為近年來國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。

世界上精度較高的衛(wèi)星干擾定位系統(tǒng)的核心技術(shù)都是采用地球同步軌道雙星TDOA/FDOA干擾源定位原理。干擾源定位的實(shí)現(xiàn)步驟主要分為：首先獲取TDOA和FDOA估計(jì)參數(shù)，然后根據(jù)獲取的參數(shù)，結(jié)合定位算法來獲取目標(biāo)的準(zhǔn)確位置，本文主要對(duì)參數(shù)估計(jì)進(jìn)行研究，提出了一種基于二階互模糊函數(shù)的TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法。

1 算法原理

我們假定接收站首先接收到主星轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)x（n），為了提高計(jì)算效率，在接收站等待接收經(jīng)鄰星轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)y（n）的同時(shí)，將x（n）分成R組如下[1-2]：

圖4 四種類型信號(hào)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)的計(jì)算時(shí)間

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由圖2可以得出，在相同采樣點(diǎn)數(shù)條件下，無論是直接互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法還是其快速計(jì)算方法都能精確地對(duì)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行估計(jì)。由圖3可以得出，在相同采樣點(diǎn)數(shù)條件下，直接互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法對(duì)到達(dá)頻率差的估計(jì)精度明顯優(yōu)于其快速計(jì)算方法，但是隨著采樣點(diǎn)數(shù)的增加，兩種算法的估計(jì)精度都在不斷地提高，并且估計(jì)誤差的差距也越來越小。由圖4可以得出，在相同采樣點(diǎn)數(shù)條件下，直接互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法獲得參數(shù)估計(jì)所需要的時(shí)間明顯多于其快速計(jì)算方法。隨著采樣點(diǎn)數(shù)的不斷增加，兩種算法獲取參數(shù)估計(jì)所消耗的時(shí)間都會(huì)增多，但是可以看出，直接互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法的計(jì)算時(shí)間的增長速率明顯大于其快速計(jì)算方法。因此，可以通過適當(dāng)增加采樣點(diǎn)數(shù)，來提高直接互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)快速計(jì)算方法的參數(shù)估計(jì)精度。綜合考慮參數(shù)估計(jì)精度和計(jì)算效率等因素，快速計(jì)算方法優(yōu)于直接互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法。

3 結(jié)論

本文首先對(duì)基于二階互模糊函數(shù)TDOA/FDOA聯(lián)合參數(shù)估計(jì)算法的基本原理進(jìn)行了簡單的介紹，然后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)本文提出的算法進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文所提出的聯(lián)合估計(jì)算法的正確性和可行性，對(duì)研究衛(wèi)星干擾源定位技術(shù)有重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫正波.利用互模糊函數(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星干擾源定位[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32（5）：525-529.

[2]張威，沈俊，張更新.基于衛(wèi)星星歷的TDOA/FDOA研究[J].空間電子技術(shù)，2011（3）：25-29.

[3]孫正波，葉尚福.一種時(shí)差/頻差快速聯(lián)合估計(jì)算法[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，21（5）：641-646.

[4]王奉帥，劉聰鋒，張亞，等.基于互模糊函數(shù)的快速時(shí)差頻差聯(lián)合估計(jì)[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2011，6（6）：603-607.

[5]張威，邊東明，張更新，等.基于四階互模糊函數(shù)的TDOA/FDOA參數(shù)估計(jì)研究[J].信息傳輸與接入技術(shù)，2013，39（1）：28-31.

[6]W. H. Foy.Position-location solution by Taylor-series estimation[J].IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst，1976，3（12）：187-194.

[7]Y. T. Chan，K. C. Ho.A simple and Efficient Estimator for Hyperbolic Location[J].IEEE Transactions on Signal Processing，August 1994，42（8）：1905-1915.

[8]Ho K C，Xu W W.An Accurate Algebraic Solution for Moving Source Location Using TDOA and FDOA Measurement[J].IEEE Transactions on Signal Processing，2004，52（9）：2453-2463.

[責(zé)任編輯：王楠]