多站无源时差定位系统并行处理方法研究
多站无源时差定位精度分析
多站无源时差定位精度分析邢翠柳;陈建民【摘要】针对在多站无源时差定位系统中影响目标定位精度的因素,分析了时差测量误差和站址误差对目标定位精度的影响。
影响时差测量精度的因素有接收机热噪声、多普勒效应、站间同步误差、本地时钟误差和大气等因素。
通过分析各个因素对目标定位精度的影响程度,在特定布站方式下,仿真计算得到在固定时差测量误差和站址误差下可能达到的目标定位精度,并根据主要误差来源提出相应的提高定位精度的措施。
%Aiming at the factors which affect on the positioning accuracy of TDOA passive location by multi-station,this paper analyzes the influence on target positioning accuracy by error in time difference measurement and station locations.The influence factors on time measurement accuracy include Johnson noise of receiver,Doppler effect,error on time synchronization between stations,local clockerror,influence by atmosphere and so on.The positioning accuracy is got in special station location with error in time difference measurement and station location by simulation.The methods of improving the accuracy of positioning accuracy are given.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2012(042)002【总页数】4页(P32-34,48)【关键词】时差定位;定位精度;时差测量误差;站址误差【作者】邢翠柳;陈建民【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TP960 引言多站无源时差定位(TDOA)又称为双曲线定位，是一种重要的无源定位方式，是通过处理3个或更多观测站采集到的信号到达时间测量数据对辐射源进行定位的。
多基站时差频差无源定位处理方法研究
多基站时差频差无源定位处理方法研究多站无源定位技术是电子侦察、电子对抗的一个重要问题,被广泛应用于雷达、导航、声纳、警戒、无线通信、分布式传感器网络等领域。
相对于有源定位系统,无源定位系统具有隐蔽性好、抗干扰能力强、探测距离远等优点。
相对于简易的单站无源定位系统,多站无源定位系统能够综合利用多组观测信息,实现对目标的高精度联合定位。
本文对多站的时差定位(Time Difference Of Arrival,TDOA)、频差(Frequency Difference Of Arrival,FDOA)和时差联合定位、存在基站误差的时差定位等问题进行了研究。
基于TDOA和FDOA的定位问题是高度非线性的,并且相应的目标代价函数具有非凸特征,这样定位问题并不能够简单直接求解。
定位问题的解决方法按照类型可以划分为线性化解法和非线性化解法。
目前大多数研究主要侧重于线性化解法,这些方法通过线性化非线性的TDOA和FDOA方程组来求解目标位置,特点是计算量小,在噪声较小时定位精度能够达到克拉美罗界(Cramer-Rao Bound,CRLB)。
但线性化非线性方程组必然会带来性能上的损失,即在噪声功率达到一定程度时定位误差快速增加,且定位精度远离CRLB。
本文采用非线性的解法求解TDOA定位问题,相对于线性化解法性能更好,在大噪声环境下定位精度更高。
针对非线性解法在初始值选取较差时,算法容易发散的缺点,提出了一种修正牛顿算法(Modified Newton,MNT)。
MNT算法对初值选取不敏感,即在较差初始值时,MNT算法依然能够精确地收敛到目标位置。
对于运动平台的TDOA和FDOA联合定位问题,提出了一种基于时差、频差的两步牛顿算法,将原迭代算法中位置和速度变量的初值选取问题转化为仅位置变量的初值选取问题。
对于存在接收基站误差的TDOA定位问题,提出了一种基于基站误差的两步牛顿算法,该算法减少了由基站位置误差带来的高维Hessian矩阵求逆运算次数,实验结果表明基于基站误差的两步牛顿算法具有更快的收敛速度,并明显降低了运算量。
运动多站时差无源高精度定位技术研究
运动多站时差无源高精度定位技术研究在现代战争中对敌方雷达的侦察定位,对于战争的成败起着关键的作用。
无源定位有着天然的隐身特性,能够在敌人不知道的情况下对目标进行定位。
基于信号到达时间差的多站无源定位,结构简单,定位精度高,是无源定位的重要研究内容之一。
无人机群在现代战争中,特别是在目标侦察中的应用越来越广泛,由于无人机可以灵活机动,并保持协同工作,因此,基于无人机群的多站时差定位系统可以抵近目标雷达,按照定位需要编队机动飞行,实现对目标的高精度无源定位。
本文主要针对提高运动多站时差无源定位系统的定位精度,从定位算法、信号到达时间差测量误差和站址测量误差这三个影响定位精度的主要因素展开研究,论述提高定位精度的方法。
针对多无人机时差定位系统,关键问题是求解关于目标位置的非线性方程组,主要的方法可以分为三类:解析法、迭代法和搜索法。
解析法的定位误差较大,牛顿迭代算法由于其算法简单,易于实现,性能稳定,在工程实际中有着广泛的应用;相较于传统的牛顿迭代算法,经典的粒子群算法能够获得更高的定位精度;与粒子群算法类似,人工蜂群算法也是一种群优化的搜索算法,因此,本文研究了其在时差定位系统中的应用;由于时差定位方程的求解问题是一个经典的二次约束二次优化问题,其约束条件不是凸集,因此不能直接使用凸优化的理论求解,本文对定位方程变形并且进行条件松弛后,将问题转换为半定规划(Semidefinite Programming,SDP)问题,这是一个凸优化问题,可以借助拉格朗日乘子算法进行求解。
通过比较几种算法定位结果的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和几何精度稀释(Geometrical Dilution of Precision,GDOP),研究发现人工蜂群算法和牛顿迭代算法的定位精度相当,粒子群算法的定位精度要优于前两者,而半定规划算法的定位精度最高。
因此,提高系统的定位精度的一种方法是应用半定松弛规划算法求解定位方程。
无源多站时差定位技术研究及在频谱监测中的应用
的 两 条 双 曲 线 （ 图 中两 条 虚 线 ） 叉 后 的 交 点 ，就 是 既 交 辐 射源 的 位 置 。
采 用３ 监 测 站定 位 产 生 的 两 条 双 曲线 的 交 叉 点 ， 个
－ ￣＿２ ２）＂Ｘ Ｏｙ＝ Ｉ２）ＸＸ （ ｙ一ｌ） ＇） １ ｃ ｔ／ ）ｙ ２（ ２ ｌ２ （１（ ＋ ＿ ￣－＋ － ｔ ＝２ Ｘ 一＝ — ＋ 一２（ （ｙ ６ Ｉ３） （ 一 一 ＋一２ ｌ ｃ ｔＪ ） ）ｆ ） ） （１（ ｔ ＝ １
式 中 ．ｃ 为光速 ，ｃｔ一１和ｃｔ－１是 由观测 时差 （ ｔ ） （ ｔ） ２ ３
度较高 离监测 站越远 定位精 度越低 ．特别是 基线 延
图２ 双 曲线 定 位 图
长线 附近 或者 延长线所 夹 的区域 定位误 差最 大 ，这是
田
转 换 出来 的距 离 差 。下 面 我们 来推 导 此 方 程 组 。 主 站 Ｍ１ 辐 射 源 的 距 离 为 ： 到 Ｉ Ｑｌ￣ ） （ ｙ ； Ｍ１ ＝／ 一 一 ） （ ＋ ｘ 副 站Ｍ２ 辐 射 源 的 距离 为 ： 到
来提 高定位精度 。 定位 精 度 用 ＧＤＯＰ Ｇｅ ｍｅ ｒ ａ Ｄ＿ ｔ ｎ Ｏｆ （ ｏ ｔｉ Ｉ Ｉ ｉ ｃ ｕ ｏ Ｐ ｅ ｉｏ ） ｒｃｓ ｎ 来表示 ．ＧＤ 值 越大 ，定位精度越低 ，相 ｉ ＯＰ 反 ，ＧＤ 值越小 ．定位精度越 高。 ＯＰ
根 据 各 点 的几 何 关 系 则 有 下式 成 立 。
２ 定位 精 度 分 析及 仿真 、 对 时 差 定 位 进 行 精 度 分 析 有 助 于 使 我 们 了解 是 哪 些 因 素 影 响 定 位 精 度 ， 以及 这 些 因 素 又 是 如 何 对 定 位 精 度 产 生 影 响 的 ， 它 可 以指 导 我 们 采 取 各 种 应 对 措 施
无源多站时差定位技术研究及在频谱监测中的应用
Ｉ Ｑ ＝￣（３ （３ Ｙ 得到三 基线 鸭 ／ 一 ）＋ Ｙ一 ）， Ｉ 条
长度。主站 与副站 的距离差就为：２ ＝Ｉ Ｑｌ ｄ — Ｉ ＱＩ Ｍ 。
ｄ － （２ （２ Ｙ √（１ （ｌ ｙ ， ２√ 一 ）＋ Ｙ一 ） 一 ）＋ Ｙ— ） １
摘 要 ： 究 了无 源定位 中时差定位的方法及 其应用。通过此方法 来确定在频谱监测 系统 中检测到 的发射 异 研 常信号 的信源位置。仿真 实验证明本定位方 法切 实可行 ， 并且在 实践中有很好的指导意义。
关 键 词 ： 源 定位 ；到 达 时 间差 ；信 号监 测 无
中 图 分 类 号 ：Ｎ ７ ． Ｔ ９ １１
圈 １ 监 测 站 与 辐 射 源 位置 不 惹 图
根据各点的几何关系 ， 则有下式成立。
ｆｔ ￡＿（ ＋２， ＿（ 一 （ 一 ｄ ｃ 一） 一 （一） √ ＋ ｌ，＝１ （ １ ２ √ ） Ｙ， １ ） Ｙ， ２ ）
３ｔ ＿（ 一）＋ｙ ｙ －（ 一）＋Ｙ－）＝３ 一 ） （ 一） √ （ ｙ ｄ １√ ３ ３ １ ｌ １
即 ｄ１ Ｃ ｔ 一 １ ； ２ ＝ （２ ｔ） 同样的道理 ｄ１ （３一 １ 。ｔ 一ｔ ３ ＝ｃ ｔ ｔ） ２ ｌ
和ｔ ３一 ｔ 就是我们所 求的时间差。如 图 ２所示。由得到的 １ 两条双曲线 （ 图中两条虚 线 ） 既 交叉后 的 交点 ， 就是 辐射源
的位置。
、 、
线， 这两条双 曲线的交叉点就是我们所要定位 的辐射源的位 置。而对于三维空间的辐射源 ， 我们可 以采用 四个及 以上数 量的监测站 ， 来构成三 条或三条 以上 的双曲面 ， 也可精 确的 来定位辐射源。
式可见 ， 定位精度与如下因素有关 Ｊ各监测站布站形式 、 ： 各 站测量误差 、 到达时差 的测 量误 差。 目标辐射源与各监测站 的位置关系对定 位精 度有很 大的影 响。下 面将通过仿 真分 析来证 明 ， 目标辐射源与监 测站 在位置不 同的情况 下 Ｇ Ｏ ＤＰ 的分布 ， 可据此来选择合理 的站址 布局 。 （ 下转 第 ６ ３页）
无源时差定位系统最优布站方法研究
雷达科学与技术!"d"$ Science and Technology第1期2020年2月Vol'18No'1February 2020DOI ： 10. 3969". issn. 1672-2337. 2020. 01. 006无源时差定位系统最优布站方法研究夏伟，罗明，赵美霞(西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室，陕西西安710071)摘 要：为提高基于到达时间差(Time Difference of Arrival , TDO A )'三维无源定位系统的定位精度，提出了一种考虑基站时差测量性能差异'最优布站方法，该方法通过求解目标所在区域定位误差'克 拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound , CRLB ),以定位误差CRLB '迹'平均值最小为优化准则，采用粒子群算法对指定区域进行最优布站仿真研究。
仿真结果表明，该方法求解'最优布站位置与假设TDOA 测量误差为恒定高斯分布时求解'位置相比，提高了目标区域'整体定位精度；与用遗传算法求解最优布站位置相比，其收敛速度更快，更适用于需要快速作出反应的侦察定位场景。
关键词：TDOA 测量误差；最优布站；克拉美罗下界；粒子群算法中图分类号:TN971 文献标志码：A 文章编号：1672-2337(2020)01-0034-05Study on Optimal Station Distribution and Performance ofPassive Time Difference Localization SystemXIA Wei , LUO Ming , ZHAO Meixia(Key Lab of Electronic Information Countermeasure and Simulation Technology ,Ministry of Education , Vidian University , Xi an 710071, China )Abstract : In order to improve the three-dimensional passive localization accuracy of TDO A (time difference of arrival) , an optimal station distribution method considering the different TDOA measure performance is pro posed. The adaptive particle swarm optimization is used to study the optimal distributed station simulation in the designated area by minimizing the average of CRLB (Cramer-Rao lower bound) trace of location error in target re- gion'The simulation results show that the method improves the overa l positioning accuracy of the target area compared with the assumption that the TDOA measurement error is constant Gaussian distribution. And the pro posed method has faster convergence speed compared with the optimal station location solved by the genetic algo rithm ,thus it is more suitable for detection and positioning scenes requiring quick response.Key words : TDOA m easurement error % optimal station distribution ； Cramer-Rao lower bound (CRLB)；particleswarmoptimization0引言无位系统被广泛应用于环境监测、医疗和军事等领域，其基本原理是通量 辐射的发射信号，对位。
一种引入目标运动速度的多站无源时差定位方法
田林洁 ” 张国栋 。
（ 装 驻 上 海 地 区舰 炮 系统 军 事 代 表 室 ” 上 海 海 ２ ０ ３ ）海 军 工 程 大 学 武 汉 ０ １５ （ ’ ４０３ ） ３ ０ ３
摘
要Hale Waihona Puke 在多站测角的被动 目标 跟踪中 ， 目标 的状态 与角度 量测 值之间存在 非线性关 系 ， 现有 的方法 主要 是对其进 行
Ａ ｕ ｔ— ｅ ｏ Ｍ ｌｉｓ ｎｓ ｒＰａｓ ｉ ｅ ＴＤＯＡ ｒ ｅ ａ ｋ ｎ ｇ ｒｔ ｍ ｓｖ Ｔａ ｇ ｔＴｒ ｃ ｉ ｇ Ａｌ ｏ ｉｈ Ａｄ ｐ ｅ ｒ ｅ ’ ｌ ｃ ｔ ｏ ｔ ｄ Ｔａ ｇ ｔＳ Ｖｅ ｏ ｉｙ
Ｔａ ｉｊ ” Ｚ ａ ｇＧｕ ｄ ｎ 。 ｉｎＬ ｎｉ ｈ ｎ ｏ ｏ ｇ ｅ
ｍ ｅ ｔｅ ｕ ｔ ｎ ａ ｄ ａ ｎ ｗ ａｍａ ｉ ｅ ｉ ｇ ａｇ ｒｔ ｍ ｓ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔ ｔ ｉ ｔ ｏ ａ ｎ ｒ ａ ｅ ｎ ｑ ａｉ ｎ ｅ ｋ ｌ ｎ ｆ ｔｒ ｌｏ ｉ ｏ ｌ ｎ ｈ ｉ ｓａ ｌ ｅ ． ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａ ｅ ｔ ａ ｈ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｃ ｎ ｉｃ ｅ ｓ ｓ ｏ
ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｒ ｃ ｓ ｎ ａ ｄ ａ ｃ ｌ ｒ ｔ ｈ ｏ ｖ ｒ ｅ ｔ ｈ ｏ ｖ ｒ ｅ ｔｐ ｅ ｉｉ ｎ ｃ ｅｅ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ． ｏ
运动多站无源时差／频差联合定位方法
网 址 @@@'.-.<0&0'9%1
运动多站无源时差频差联合定位方法
蒋伊琳刘梦楠郜丽鹏 陈!涛
哈尔滨工程大学信息与通信工程学院黑龙江 哈尔滨 "=***"
!!摘!要鉴 于 无 源 定 位 技 术 已 经 成 为 现 代 信 息 化 作 战 的 核 心 技 术 提 出 了 一 种 新 的 运 动 多 站 无 源 时 差 /51085KK060390%K7665L7&EMNO频 差 K60P;039-85KK060390%K7665L7&JMNO联 合 定 位 方 法 去 解 决 无 源 定 位 系 统 中 的 非 线 性 最 优 化 问 题 通 过 智 能 算 法 的 启 发 将 优 化 后 的 基 于 线 性 递 减 权 重 和 物 竞 天 择 的 粒 子 群 算 法 C76/59&0.@761%C/515Q7/5%37&4%65/B1 R7.08%3&53076809607.534@054B/73837/;67&.0&09/5%3S,T,N与 经 典 加 权 最 小 二 乘 算 法 @054B/08&07./.P;760.SU,相 联 合 对 目 标 进 行 跟 踪 定 位 加 权 最 小 二 乘 定 位 算 法 在 ! 个 基 站 的 情 况 下 无 法 实 现 对 辐 射 源 的 定 位 所 得 定 位 结 果 会 出 现 多 解 而 所 提 的 运 动 多 站 联 合 定 位 算 法 在!个基站的条件下不存在初始目标位置估计和局部收敛等问题就能够实现辐射源的精确定位通过大 量 仿 真 结 果 分 析 本 文 所 提 的 智 能 优 化 定 位 算 法 具 有 更 高 的 目 标 定 位 精 度 和 更 稳 健 的 定 位 性 能 优 于 标 准 粒 子 群 算 法 与 优 化 T,N 算 法
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收稿日期:2003-05-15;2003-06-08修回。
作者简介:李强(1979-),男,硕博连读生,主要研究方向为无源时差定位,侦察信号处理专业;冯道旺(1975-),男,在读博士生;卢启中(1956-),男,副研究员。
多站无源时差定位系统并行处理方法研究李强,冯道旺,卢启中(国防科技大学电子科学与工程学院研究所,长沙 410073)摘要: 以三站无源时差定位系统为例,介绍了基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法及其实现,并与基于时间片间流水的信号处理方法进行了比较。
研究表明,采用基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法能够有效地提高处理实时性、降低系统所需存储空间。
关键词: 无源时差定位;TDOA;时差直方图;并行流水信号处理器中图分类号: TN953+.7;TN911.72 文献标识码: A无源定位系统因其隐蔽性高,不易被敌方发现等特点得到广泛应用。
由于在战场环境下信号密度越来越高,信号样式也日趋复杂,为满足信号处理实时性要求,需要对基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法进行分析、研究,以便显著减少系统处理延迟、降低系统所需存储量,满足高密度、复杂环境下的信号实时处理要求。
1 工作原理1.1 直方图统计脉冲配对的工作原理脉冲配对直方图统计在数学上可以描述为多站脉冲列之间的互相关。
我们考虑三个站对辐射源的二维定位,图1给出了系统组成。
主站E 直接接收辐射源发出的脉冲,到达时间为TE/c ,辅站F 、G 接收辐射源发出的脉冲信号后,将该脉冲立刻转发到主站,到达时间分别为(TF +FE )/c 、(TG +GE )/c ,用于定位的到达时间为TF /c 、TG /c 。
为便于讨论,假设主站E 和辅站F 的距离为L ,辐射源所在位置为T 。
在进行直方图统计时,需要引入时差窗原则,根据三角不等式,可以得到图1 时差定位系统简化示意图TF +FE -TE >0TE +EF -TF >0(1)于是得到不等式,-E F <TE -TF <EF (2)(2)式除以c 得(c 为电磁传播速度)-L /c < TOA<L /c(3)不等式(3)中L/c 称为时差窗, TOA 表示辐射源T 发出的信号到达E 、F 两站的时间差。
在时差窗的限制下,将各辅站的脉冲到达时间与主站分别相减,然后将得到的时差值进行映射,并对各个时差直方图进行峰值检测,超过门限的直方图时差峰被认为是由于两个站接收到的同一个辐射源的脉冲列形成的,这就是直方图统计脉冲配对的工作原理。
1.2 基于主站TOA 相关法的时差配对工作原理各辅站脉冲分别与主站脉冲进行脉冲配对后,形成一维时差序列,并将一维时差序列传送到时差配对模块。
时差配对模块通过主站TOA 对时差序列进行相关,从而确定对应于同一辐射源的时差值。
2 多DS P 并行流水信号处理器结构在三站无源时差定位系统中,采用三个DSP 并行流水处理器结构,其框图如图2所示。
图2 三站无源时差定位信号处理器结构框图在图2所示的信号处理器中使用TI 公司的TMS320C6701高性能浮点DSP 进行信号处理,该芯片具有高性能的C PU 和DMA 控制器,其主要性能如下: 具有1GFLOPS 的信号处理能力; 两个16K 32bit 的片上RAM,分别作为片内程序RAM 和数据RAM; 采用典型的VLIW(Very Long Instruction Word)结构由多个并行运算的执行单元组成,在单周期内可以执行多条指令; 灵活方便的外设接口:包括4个自加载的DMA 协处理器、外部存储器接口(EMIF)、两个多通道缓冲串口(McBSP)、主机口(HPI)、低功耗逻辑以及定时器和自举逻辑控制等; 包含2个通用寄存器组,每个寄存器组包括16个32位通用寄存器; C6701内部有8个并行的处理单元,分为相同的两组,其中包括2个16bit 的乘法器和6个算术逻辑单元。
多DSP 并行流水信号处理器是以高性能浮点DSP 为基础,基于CompactPCI 总线的信号处理卡,具有以下基本特点: 包含4个TMS320C6701处理节点,处理器时钟频率为167MHz; 每个处理节点包含128K 32-bit SSRAM; 每个处理节点包含4M 32-bit SDRAM; 包含2K 32-bit 的四端口RAM 支持四个节点之间的快速数据交换; 一个PCI Mezzanine Connector (PMC)接口; 两个PE M (Processor Expansion Module)接口,可自主开发基于PEM 总线的高速率、高可靠性背板,每两个处理节点使用两对总线共用一块PEM 背板,每个处理节点对其所在的PEM 背板都有16Mbyte的地址空间访问能力; 使用高速桥接Hurricane芯片作为DSP 与Local PCI 总线的接口,对应于每一个处理节点都有一个桥接芯片用于PCI 高速传输; HPI 接口,支持处理器间的便捷寻址以及DSP 与主机PC 端的有效通信; 处理器A 节点上具备DSP~LINK3I/O 接口,支持工业包的外接板; 支持外部XDS510JTAG 调试和C PCI 背板调试。
3 并行流水信号处理方法实现及其比较以三站无源定位系统为例,基于三DSP 并行流水信号处理器,使用DSP A 和DSP B 分别完成主站和一路辅站的脉冲配对,DSP C 完成两路脉冲配对输入的一维时差序列的时差配对。
3.1 类先进先出(FIFO)存储通过在SDRAM 中开辟一块连续的存储区,并在内部SRAM 中建立地址表对存储区进行管理,每次新数据的存储是连续的,并将新数据存放的地址写入地址表中,当存储指针超过一定门限后就重新返回起始地址,这样周而复始如同使用FI -FO 一样,对DSP 外围有限存储空间的使用是相当高效的。
类FIFO 存储示意如图3所示:图3 类FIFO 存储示意图脉冲配对每配出一路时差序列即送往时差配对模块,并以类FIFO 形式存为新序列(从脉冲配对模块发送过来尚未进行时差配对的一维时差序列);每个新序列都要和另一路序列的待配对序列(暂时与另一DSP 发送的时差序列配对不上或配对后剩余的时差序列)进行时差配对,配对结果送往PC 发送缓冲区,剩余序列未超过门限的丢弃,否则覆盖原序列并采用类FIFO 形式存为待配对序列,等待和另一路脉冲配对送来的新序列进行配对,如此循环往复,直到所有的新序列都和另一路待配对序列完成配对。
3.2 并行流水处理方法的实现并行流水处理方法可分为基于时间片间流水的信号处理方法与基于时间片内各时差序列间流水的处理方法,具体两种处理方法分别如图4和图5所示:图4、图5中的各变量含义:T p c 为脉冲配对处理时间;T tc 为时差配对处理时间;T p 为处理1个序列时间;T 空为系统空闲时间,1s 内的随机量;T dr 为输入数据就绪时间;T s p 为系统处理时间(处理一个时间片内输入的所有数据所花费的时间);T pd 为系统处理时延(从某时间片第一个数据输入时刻起,到该时间片内输入的所有数据被处理完毕所经历的时间)。
图4基于时间片间流水的信号处理方法示意图图5 基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法示意图3.3 两种并行流水处理方法的比较基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法与基于时间片间流水的信号处理方法相比主要有以下几方面不同:(1)系统处理时间开销不同。
在基于时间片间流水的信号处理方法中脉冲配对模块与时差配对模块并行处理,但处理的不是同一时间片的数据,两个模块以时间片为单位进行流水;在基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法中脉冲配对模块和时差配对模块也是并行处理,但处理的是同一时间片内的数据。
如果时间片长度为1s,基于时间片间流水的信号处理方法有几个处理节点就会有几秒钟的输出固定时延,而且这种时延是不可避免的;而采用基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法,由于脉冲配对和时差配对是在同一时间片内完成的,故将减少一个时间片的时延。
图4和图5所示的信号处理方法所花费的时间开销比较如下表所示:图4所示信号处理方法图5所示信号处理方法T sp T pc+T空+T tc T s p T tc+T pT pd T dr+T pc+T空+T tc+T空T pd T dr+T tc+T p例如,同样处理1s的数据,假设数据输入就绪需要1s,脉冲配对模块需要0.5s可以形成基于辐射源描述的一维时差序列,时差配对模块需要0.6s可以形成基于辐射源描述的二维时差序列,那么根据图4和图5可知:基于时间片间流水的信号处理方法所花费的处理时间为1s+0.6s=1. 6s,系统处理时延为3s;基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法所花费的处理时间略大于0.6s,系统处理时延略大于1.6s。
(2)系统需要的存储空间不同。
在基于时间片间流水的信号处理方法中,时差配对模块处理当前时间片数据的同时需要将下一个时间片脉冲配对的结果先全部缓存下来,存储空间等于两个时间片需要的存储空间;在基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法中,时差配对模块并不需要缓存一个时间片的数据,只需要缓存一个时间片内没及时处理的时差序列即可,存储空间远远小于一个时间片需要的存储空间。
(3)处理器的设计复杂度不同。
虽然基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法有如下一些优点: 花费的处理时间少; 系统处理时延小; 系统需要的存储容量小;但算法复杂、调试繁琐、处理流程不易理解。
基于时间片间流水的信号处理方法与基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法相比算法简单、调试容易、处理流程容易理解。
4 结论本文提到的基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法具有处理速度快、系统处理时延小、系统需要的存储容量小等优点,特别适用于实时性要求强以及系统存储容量有限的场合。
采用基于时间片内时差序列间流水的信号处理方法将有助于提高无源定位系统的实战能力,具有实际的应用价值。
参考文献:1 杨林,周一宇,孙仲康.Passive Location Using TDOA infor-mation in Multistations[J].Chinese Journal Of Aeronautics ( 航空学报 英文版),1998(1).2 杨林,周一宇,徐晖,孙仲康.利用三站TDOA及辅助高度信息的空间目标二维定位方法及误差分析[J].电子学报,1998(12).3 贾朝文,汪志强.基于CPCI总线的高速并行数字信号处理机[J].电子对抗技术,2001(4).4 林象平.雷达对抗原理[M].西北电讯工程学院出版社,1985.5 沈兰荪.实时系统构成技术[M].中国科技大学出版社,1993.6 任丽香,马淑芬等.TMS320C6000系列DSPS的原理与应用[M].电子工业出版社,2000.。