[发明专利]一种基于解调信号的无线电话音辐射源时差定位方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理范畴、涉及时差定位方法，尤其涉及无线电话音辐射源信号的高精度时差定位方法。

背景技术

在频谱监测、声纳和通信领域中，随着无线电技术和业务的迅猛发展，查找无线电电台和对讲机等话音信号辐射源的位置至关重要。利用信号达到方向可以确定辐射源的位置，但它需要传感器阵列，系统实现复杂。利用辐射源信号达到时差来确定位置是一种广泛采用的无源定位方法，具有定位精度高、系统简单、使用灵活的优势。辐射源信号之间的时差测量是时差定位的核心环节。由于不同位置处接收的信号之间的时差与信号包络之间的互相关函数的峰值位置之间存在一一对应的关系，因此，可以利用该关系设计时差估计技术，通过对不同位置处接收的信号进行互相关处理，实现信号时差估计，进而完成时差定位。图1给出了常规时差定位方法的实现框图。在基于这种原理的现有时差估计技术中，典型的是广义互相关(General Cross Correlation)时差估计技术。由信号处理和参数估计的基本理论可知，这类时差估计的方差的下界与信号的信噪比成反比。因此，通常较高的信噪比，才能获得一定精度的信号时差测量。

现在广泛应用的无线电电台和对讲机等话音辐射源，大部分都使用了模拟调频(FM)。对于FM调制的话音信号而言，从话音信号的时域波形上看，因为人说话是间歇性的，话音信号具有不连续性，信号中间不连续部分即为噪声。统计结果表明，人们在通话的时候，只有35％左右的时间在讲话，另外65％的时间处于听对方讲话、话句停顿或其它等待状态，即话音信号的占空比在35％左右。此时如果仍然不同位置处的信号之间的时差与信号包络之间的互相关函数的峰值位置之间存在的一一对应关系设计话音信号的时差测量方法，广义互相关方法在计算时会将时域上不含话音信号的噪声部分当成信号一起处理，这些噪声必然会影响结果。此外，存在话音信号的部分在传播过程中叶叠加了传播噪声。因此，直接利用原始的话音信号进行互相关处理，时差测量的精度将难以满足实际应用的需求，会带来严重的时差定位误差。

可见，如能大幅度降低甚至消除话音信号中的噪声，既包括不含话音信号部分的噪声，也包括话音信号部分中叠加的噪声，将提高话音信号的时差测量精度，获得较高的时差定位精度，对无线电话音信号辐射源定位具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为无线电话音辐射源信号提供一种高精度时差定位方法。

本发明的目的是这样达到的：

基于调制信号的无线电话音辐射源信号时差定位方法，其特征在于：对于常规FM调制的话音辐射源信号，利用三个不同位置处接收的话音信号在解调后仍然携带了原始信号的时间延迟这一关系，即不同位置处接收的话音信号之间的时差在解调前后没有发生变化，通过话音调制信号之间的互相关函数的最大值，测量两路调制信号之间的时差，即为测量到这两个不同位置处接收的话音原始信号之间的时差，求解由时差确定的含有目标位置参数的方程组，获得话音辐射源信号的位置。其具体步骤是：

步骤a，根据接收信号的载波频率、信号带宽和采样频率，对不同位置处接收的信号进行数字下变频(DDC)处理；

步骤b，由DDC处理后的信号的I路和Q路(正交分量)，计算Q路与I路之比值的反正切运算；

步骤c，对反正切运算结果进行差分，得到无线电话音信号的调制信号；

步骤d，计算不同位置处接收信号的调制信号之间的互相关函数，确定互相关函数最大值对应的位置；

步骤e，对互相关函数最大值附近处进行二次函数插值，确定插值后最大值的精细位置，对应的是时差测量值；

步骤f，求解由时差值确定的含有话音辐射源信号位置的方程组，得到话音辐射源的位置。

所述根据接收信号的载波频率、信号带宽和采样频率，对不同位置处接收的信号进行数字下变频(DDC)处理得到的信号序列是x_i(n)(i＝1，2，3)，其中n＝0，1，…，N-1，N为采样数据长度，采样率变成f_s。

所述由DDC处理后的信号的I路和Q路(正交分量)，计算Q路与I路之比值的反正切运算：

其中i＝1，2，3，x_i1(n)和x_iQ(n)分别是不同位置处接收的话音信号经过DDC处理后的正交分量与同相分量。

所述对反正切运算结果进行差分，得到无线电话音信号的调制信号：

所述计算不同位置处接收信号的调制信号之间的互相关函数r_i1(n)