已知波形信号的时差频差估计方法研究与性能分析

来源：信号处理杂志 2024年第2期北京时间：

作者：刘严, 朱毅, 张源, 郭福成

摘要：借助深入分析和长期积累，非合作定位系统可以获得关于电视、广播、导航等电磁信号波形的丰富先验信息，对这些信息加以利用有望大幅提高对信号参数的估计精度。该文针对导航、通信等欺骗干扰源及非法用户的无源定位需求，在观测站与辐射源之间存在相对运动的场景下，围绕已知波形信号开展时差频差估计问题研究。首先，通过引入已知的信号波形信息对观测站接收数据进行建模，直观呈现了观测数据与不同观测站信号相对于原始信号时延、频移的关系。随后，充分利用入射信号波形已知这一有利条件，通过估计两个观测站各自的时延和频移，并对不同观测站上的估计结果进行差分，提出了一种针对已知波形信号的双站时差、频差估计方法。在此基础上，该文分析了已知波形信号时频差估计精度的理论下界，揭示了时频差估计精度受观测站接收信号幅度等因素的影响情况，并进一步分析了双站时频差估计精度与单通道时延、频移估计精度之间的关系。最后，借助仿真实验验证了论文所提出的时频差估计方法在不同环境中的参数估计性能，以及信号波形先验信息的利用给时频差参数估计精度带来的提升情况。仿真结果表明，在所设定的信号环境中，该文所提出的方法对低信噪比的适应能力比基于互模糊函数的传统方法增强了15 dB左右；当该方法的参数估计性能达到收敛之后，其时差频差估计精度与CRLB非常吻合。

关键词：时差频差估计, 已知信号波形, 运动观测站, 互模糊函数, 克拉美-罗界（CRLB）