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基于二次相关的无源时差定位研究

徐锦涛  
【摘要】:本文在详细学习、研究了大量有关无源时差定位算法文献的基础上,对时差定位中的核心问题时延估计的基础互相关算法及其改进算法二次相关算法的相关基础知识、算法原理和计算流程做了详细地介绍。并对已有的常见二次相关算法的改进算法进行了总结和阐述。在对二次相关算法的基础知识、性质以及算法本身做了深入的研究后,对于相关函数类时延估计算法计算时延时,需要信噪比较好的数据包,但缺乏相应地质量评价方法问题,提出了一种对照二次相关方法。该方法在二次相关算法的基础上,结合互相关函数的性质,设立了一组对照二次相关组,简称对照组;对原二次相关算法,简称原始组。由于原始组需要两个信号并对其中一个信号做自相关,在对照组中,取在原始组中未做自相关的信号,并对该信号做自相关。在其余时延估计过程中,通过利用互相关函数的性质,对后续过程做出相应的调整,使得在理想无噪声影响时,对照组可以和原始组获得相同的时延值。随后对该对照二次相关方法的基础上做了进一步的改进,改进后减少了一次互相关运算。在实际含有噪声的情况下,如果不同监测设备之间的距离较远,不同监测设备之间的噪声相对独立,所以可以认为不同监测设备接收到的信号所携带的噪声是独立的。当信噪比较低时,原始组和对照组计算结果会有差异,通过这种差异可以对数据包的质量好坏进行评价。本文首先通过仿真,对对照二次相关方法的判断阈值做了初步的选择,并给出了该判断阈值。随后通过实测数据对本文提出的对照二次相关方法及判断阈值的检测能力进行了验证。验证结果表明本文提出的对照二次相关方法及判断阈值可以满足实际应用的要求。对于通过对照二次相关方法筛选出的较好的数据包,在利用二次相关对实际数据包进行时延估计时可能存在的多个最大峰值点问题和利用快速傅立叶变换进行计算存在的栅栏效应问题。本文结合多项式拟合对二次相关计算结果的峰值点进行拟合,将计算结果的精度推进到亚采样点级别,以便求解出更加精确的峰值位置,从而获得更高的时延估计精度。在对利用多项式拟合对二次相关算法计算结果峰值点拟合时,由于峰值过大造成拟合困难的问题,提出了通过对待拟合点进行线性归一化后再进行多项式拟合的解决方法。最后通过实测数据验证了基于多项式拟合的二次相关算法的有效性及优越性。该算法可以较好地解决多个最大峰值点问题和栅栏效应问题,并且在数据包质量较好的条件下,与二次相关算法相比可以获得更加精准的时延值。


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