[发明专利]基于时频矩阵的跳频测距方法及系统

权利要求书

1.一种基于时频矩阵的跳频测距方法，用于以多个锚节点(2)对至少一个待定位节点(1)的伪距测量，其特征在于，包括如下步骤：

(10)确定时频矩阵：发送信号前，锚节点(2)与待定位节点(1)之间确定时间频率矩阵；

(20)发送双音信号：锚节点(2)根据时频矩阵在跳频信号的每一跳发送双音信号；

(30)估计双音相位差：待定位节点(1)通过信号下变频、信号采样、基于先验知识的频率估计，估计双音信号的相位差；

(40)估计伪距：待定位节点(1)根据时频矩阵计算时间频率差分向量TFDV、计算时间相位差分向量TPDV、确立TFDV与TPDV间关系，然后将伪距估计等价为单音频率估计问题，得到伪距的估计值。

2.根据权利要求1所述的跳频测距方法，其特征在于，所述(10)确定时频矩阵步骤包括：

(11)确定时频矩阵行数：确定时频矩阵行数为M，时频矩阵行数越大，测距性能越好，测量时间越长；

(12)确定非模糊距离：确定非模糊距离UMR，使得UMR大于待定位节点(1)与锚节点(2)之间可能的最大距离；

(13)频率单位确定：根据UMR ，确定频率单位f_min＝c/UMR ；

(14)第1音基带频率确定：确定时频矩阵第1列第1行的基带频率f₁₁，f₁₁是f_min的整数倍，时频矩阵中其它行的第1音基带频率与f₁₁相同；

(15)首行第2音基带频率确定：确定时频矩阵第1行第2音基带频率f₁₂＝f₁₁+MFI，MFI＝1/T_r，T_r为跳频信号单跳驻留时间；

(16)尾行第2音基带频率确定：确定时频矩阵第M行第2音基带频率f_M2＝B_i，B_i为跳频信号瞬时带宽；

(17)其它行第2音基带频率确定：确定时频矩阵第2行至第M-1行第2音基带频率，随机生成两个较小素数p₁、p₂，使得f₂₂＝f₁₂+f_min×p₁，f₃₂＝f₂₂+f_min×p₂，其它跳第2音频率f_i2，i＝4,…,M-1取值在f₃₂-f_min和f_M2-f_min内随机生成，形成M×2时频矩阵TFM：

3.根据权利要求1所述的跳频测距方法，其特征在于，所述(20)发送双音信号步骤包括：

(21)双音基带信号产生：锚节点(2)根据事先确定的时频矩阵在基带中安排双音信号，双音基带信号初始相位相同；

(22)信号上变频：基带信号通过载波上变频至载波信号；

(23)双音信号发送：将载波信号通过天线发送。

4.根据权利要求1所述的跳频测距方法，其特征在于，所述(30)估计双音相位差步骤包括：

(31)信号下变频：对于每一跳跳频信号，待定位节点(1)接收信号并根据载波下变频至基带信号；

(32)信号采样：待定位节点(1)对接收的基带信号通过模数转换器采样，得到样本向量；

(33)基于先验知识的频率估计：待定位节点(1)根据样本向量采用基于先验知识的频率估计方法得到双音的频率估计；

(34)相位差估计：待定位节点(1)利用估计得到的双音频率，采用最小二乘估计法得到双音每一跳的相位差的估计值。