[发明专利]基于时频矩阵的跳频测距方法及系统

说明书

本发明公开一种基于时频矩阵的跳频测距方法及系统。系统包括至少一个待定位节点(1)和多个锚节点(2)，所述多个锚节点(2)与待定位节点(1)之间通过无线跳频信号相连。方法包括如下步骤：(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)估计双音信号的相位差；(40)估计伪距：将伪距估计等价为单音频率估计问题，得到伪距的估计值。本发明的方法及系统，覆盖范围大、抗干扰能力强。

技术领域

本发明属于导航伪距测量技术领域，特别是一种覆盖范围大、抗干扰能力强的基于时频矩阵的跳频测距方法及系统。

背景技术

全球导航卫星系统能够提供全球范围的定位、导航和授时服务，已经成为现代社会的一个关键基础设施，对于民用领域和军事领域都不可或缺。但是，导航卫星信号微弱，极易受到干扰。

为了能够在全球导航卫星系统受干扰的情况下，提供定位、导航和授时服务，多种备份定位、导航和授时(APNT)系统被研究和开发。例如，为了提高航空导航的可靠性提出了多种APNT系统，包括多种测距设备(DME)构建的DME/DME网络、被动广域多边定位、伪卫星和L波段数字航空通信系统1(LDACS1)等。这些系统在现有设备的基础上改进，能够快速实现系统的构建。但是，这些系统主要面临两个方面的问题：一是，由于频谱资源紧张，这些系统使用的频谱存在重叠，系统间存在相互干扰；二是，这些系统本身的抗干扰能力并没有得到证明。

跳频信号是一种具有较强抗干扰能力的无线电信号。虽然，当前频谱资源紧张，但是，还是存在一些非连续的未用频谱，跳频信号能够利用非连续的频谱实现较大的抗干扰增益。跳频信号目前主要用于军事抗干扰通信，其瞬时带宽窄、单跳驻留时间短，很难用于导航测距。

无线电干涉测距系统通过在多个频点上测量相位实现测距，对瞬时带宽要求低，可与跳频信号结合实现测距。但是，无线电干涉测距系统在一次测量过程中，需要四个节点参与，测量过程复杂。双音测距方法对无线电干涉测距进行了改进，能够在一个节点发送一个节点接收的情况下实现伪距的解算，但是，它的测距精度和非模糊距离受双音间隔的约束。双音间隔越小，非模糊距离越大，测距方法所能覆盖的范围越大，但是，测距精度随着双音间隔的减小而降低。因此，双音测距无法用于大范围的测距。

总之，现有技术存在的问题是：大范围导航测距抗干扰能力弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时频矩阵的跳频测距方法，覆盖范围大、抗干扰能力强。

本发明的另一目的在于提供一种覆盖范围大、抗干扰能力强的基于时频矩阵的跳频测距系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：

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，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：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。

实现本发明另一目的的技术解决方案为：

一种基于时频矩阵的跳频测距系统，包括至少一个待定位节点1和多个锚节点2，所述多个锚节点2与待定位节点1之间通过无线跳频信号相连；