复数扩频信号的到达时间差测量方法

摘要

复数扩频信号的到达时间差测量方法，利用复相关法捕获到达的信号，并根据复相关值的峰值点的位置来测量信号到达时间差，捕获到信号时，对接收到的信号做复数差分运算并缓存，通过内插法提高缓存信号的采样率；对本地信号做同样处理。处理后的高采样率接收信号与本地信号进行复相关，获得精确的两路信号到达时间差；进一步，对一段时间内不同时刻捕获的几组信号采取最大距离过滤法，将偏离较大的时间差值过滤，得到更精确的两路信号到达时间差。本发明不需要对接收信号做相位校正，就可以获得良好的复信号相关峰值，进而提取到达时间差，提高了时差测量的精度，信号缓存，采用非实时处理避免了实时的插值后数据量太大以及工作频率过高的问题。

主权项

复数扩频信号的到达时间差测量方法，对两个或两个以上到达接收机的信号的到达时间差进行测量，其特征是发射机以无线方式发送复数扩频信号：x(n)=I(n)+jQ(n)=|x(n)|ejφ(n)，n=0,1,…,N‑1其中I(n)、Q(n)是先经过扩频调制，再经过OQPSK调制后的信号，分别作为发送信号的同相分量和正交分量；|x(n)|是发送信号x(n)的模值，φ(n)是表示发送信号的相位；接收机对接收的复数扩频信号序列采用复相关法实现捕获，并根据复相关值的峰值点的位置来测量信号到达的时间差；在接收机的天线捕获复数扩频信号序列之后，对复数扩频信号序列进行复数差分处理并缓存，缓存器长度为扩频长度+2，即扩频长度前后各增设一个chip宽度，以便准确计算时延，然后通过内插法提高缓存信号的采样率，并对接收机存储的本地序列做同样的差分和内插法处理，对于任意两个天线接收的复数扩频信号序列信号，将经过内插法处理的所述两个接收的复数扩频信号序列信号与本地序列信号分别复相关，两个复相关峰值位置处所对应的时间值差值即为这两路天线接收信号的到达时间差，包括以下步骤：1）信号调制，发送：发射机将随机发送的比特先经过扩频调制，再经过OQPSK调制，得到同相分量I路和正交分量Q路信号，将I路信号I(n)和Q路信号Q(n)正交调制到高频载波上，通过天线以无线形式发送；2）接收信号，下变频：m个接收机的接收天线接收复扩频信号序列，m≥2，采用与发送端高频载波相同的频率，对接收信号下变频，各接收机得到Im路信号和Qm路信号，接收机接收到的复数扩频序列，即接收信号为：rm(n)=Im(n)+jQm(n)；3）接收机设有时间差测量系统，包括模/数转换器AD和计算模块，模/数转换器AD对接收信号采样，传给计算模块：模/数转换器AD对接收到的信号同相分量和正交分量进行采样，得到Im(n)和Qm(n)，将采样过的信号传给计算模块，其中模/数转换器AD的采样率CLKi在满足奈奎斯特采样定理前提下根据实际存在的资源量选择；4）快速捕获，复数差分运算并缓存：对接收的Im路信号和Qm路信号做复数差分运算，运算方法如下：I'm(n)=Im(n)Im(n‑D)+Qm(n)Qm(n‑D)Q'm(n)=Qm(n)Im(n‑D)‑Im(n)Qm(n‑D)其中D为一个chip采样的点数，D=模/数转换器AD采样速率/chip速率；将差分之后的信号缓存，缓存的存入由接收信号的采样时钟控制，本地信号做相同的差分运算并存储；计算模块使用本地存储的发送信号采样序列x(n)，与接收信号做复相关运算，复相关运算公式如下： R rxm ( n ) = r m ( n ) ⊗ [ x ( n ) ] * = [ I m ( n ) + jQ m ( n ) ] ⊗ [ I ( n ) - jQ ( n ) ] = [ I m ( n ) ⊗ I ( n ) + Q m ( n ) ⊗ Q ( n ) ] + j [ Q m ( n ) ⊗ I ( n ) - I m ( n ) ⊗ Q ( n ) ] 当|Rrxm(n)|2≥Thres时，认为捕获到发送的复数扩频信号，其中Thres为预先设定的检测门限；若捕获到信号，进入步骤5）对接收信号插值滤波，如果没有捕获到信号，则继续做捕获，即重复步骤4），直到捕获到信号为止；5）内插法插值滤波：捕获到信号后，将缓存中存储的差分处理后的接收信号读出，并进行填零和二重滤波，缓存的读出频率CLKo由时间差测量系统的处理能力决定；每从缓存器中读出一个样值，就在其后填入M1个“0”，然后输入第一级低通滤波器，第一级低通滤波器每输出一个滤波后样值，在其后再次插入M2个“0”，然后输入第二级低通滤波器，达到内插目的，提高采样率；其中M1*M2＝M，M为时差测量系统的工作频率/缓存器的读出频率的比值，为预先设定的整数；选择值相差最小的M1和M2，以减小每级滤波器的阶数，且满足：CLKh1=(M1+1)·CLKo，CLKh2=(M2+1)·CLKh1，CLKh1为第一级填零及第一级低通滤波器的工作频率，CLKh2为第二级填零及第二级低通滤波器的工作频率，以此实现内插法，提高采样率；存储的差分处理后的本地信号也做同样的插值滤波处理；6）相关运算得到信号到达时间差：将步骤5）插值滤波之后的本地信号与接收信号，再做一次复相关运算，运算的方法与步骤4）步快速捕获时相同，根据相关得到相关峰值所对应的时刻位置；对于任意两个天线的接收信号，将经过内插法处理的所述接收信号与本地序列分别复相关，得到两个复相关值，两个复相关峰值对应两个时刻值，两个复相关峰值位置处所对应的时间值差值即为这两路天线接收信号的到达时间差。