高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统

摘要

本发明公开了一种高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，该系统由多点定位远端站中的TOA检测模块和多点定位中心处理站中的目标TOA计算模块构成；本系统采用GPS共视技术和参考应答机同步误差校正结合的方法，以对系统时间同步信号处理通道和目标信号处理通道时延误差同时进行校正，并使用了多种滤波及跟踪算法，对TOA测量误差和TDOA测量误差进行实时修正。弥补了单一方式的不足，实现了高精度的分布式脉冲信号到达时间差检测，从而降低目标定位误差，提高了多点定位系统的整体性能。

主权项

一种高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，其特征在于该系统包括多点定位远端站中的TOA检测模块和多点定位中心处理站中的目标TDOA计算模块；所述TOA检测模块具有飞机应答信号TOA即信号到达远端站的时间、参考应答机信号TOA检测、远端站频率基准偏差估计、信号TOA修正功能；所述目标TDOA计算模块具有多站信号TOA配对、各远端站固定偏差估计、TDOA初值计算、TDOA修正功能；所述多点定位远端站工作原理和步骤如下：1）GPS共视控制：GPS共视是指参与共视的多点定位系统的各个远端站各设一台GPS时间接收机，并在同一时间观测同一颗卫星，实现各站之间的时间同步；本系统采取GPS共视技术修正各个多点定位远端站时钟偏差；在工作中，通过差分定位方式精确的测定各个远端站GPS接收机的三维位置，采用设计的控制算法，使各个远端站选取同一颗仰角大的共视卫星，使GPS接收机工作于位置保持状态，实现各站之间的时间同步；2）GPS信号接收：GPS接收机是进行GPS共视比对的主要设备；接收机天线接收卫星信号，OEM板对接收到的卫星信号进行解调、处理和测量，获取到星历、伪距观测值、原子钟参数数据，输出代表卫星系统时间的秒脉冲信号，此信号与本地时钟的秒脉冲信号进行比对；3）频率基准设置：多点定位系统远端站的本地时钟为本系统的频率基准，一方面为目标及参考应答TOA测量提供高精度稳定的频率基准，另一方面作为时钟偏差估计的输入；本地时钟为高稳双槽恒温晶体，它提供了10MHz的高稳定度的基准频率信号；晶体的稳定度受温度的影响较大，双槽恒温晶体将当前温度所对应的电压与其标称值通过热控放大器进行差动放大，之后驱动发热元件使槽内晶体温度总是保持在其高温拐点，从而消除了温度对晶体的干扰，保证了晶体的稳定度，本地时钟输出为10MHz的高稳定度方波；4）时钟偏差估计：卫星信号经过不同路径传输到不同站点的GPS接收机，GPS时钟信息是叠加了部分随机噪声的；因此采用滤波及跟踪算法估计时钟偏差；采用历史时刻的钟差估计值和当前时刻的钟差观测值，来估计当前时刻的GPS时钟与远端站时钟的钟差估计值；当前时刻以后的观测值不会对当前时刻的估计值产生任何影响，因而适合于实时的时钟偏差估计处理；本系统能够在各个远端站进入共视状态下，20秒内就能够达到稳定估计；5）脉冲信号检测：接收机首先对从天线接收到的1090Mhz高频信号进行限幅，以防止大输入信号对后续电路的损害；之后进行两级带通滤波和两级信号放大；经过一系列处理后，信号被送至混频器，进行下变频处理，信号频率降至中频IF，再由中频放大器对中频信号进行放大和匹配滤波，以获得最大的输出信噪比；最后经过检波和视频放大，中频信号被解调 为视频脉冲信号；视频脉冲信号将被提供给数字信号处理部分做后续处理；6）脉冲信号TOA测量：远端站先对模拟视频进行AD转换，然后对采集的数据进行缓存，并进行脉冲检测，在此基础上进行框架检测；为了达到高精度的TOA测量，系统采用自适应匹配滤波获得脉冲延时，然后对保留中频载波的信号提取出中频脉冲，并采用DTFT的相位差分方法进行高精度的TOA测量；7）脉冲信号TOA修正：在时钟偏差估计和脉冲信号TOA测量值的基础上，实时对脉冲信号TOA进行修正。