一种移动目标的定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种移动目标的定位系统，所述系统包括接收机、基于锁角环路的DOA估计模块以及UKF滤波跟踪算法模块；所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号；所述基于锁角环路的DOA估计模块接收所述接收机的输出粗估计信号，并输出估计信号给所述UKF滤波跟踪算法模块；所述UKF滤波跟踪算法模块接收所述估计信号，输出目标的多个角度方位来定位所述移动目标。本发明专利技术的锁角环路DOA估计模型，不但能够实现移动目标DOA估计，而且对目标方位能够实时地定位跟踪；为了消除非线性和噪声对系统误差的影响，选择基于UT变换的UKF滤波方式对DOA估计信号进行滤波，获得精度较高的DOA定位跟踪波形；同时系统的计算复杂度大大降低，系统的稳定性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动目标的定位跟踪
，尤其涉及一种移动目标的定位方法及系统。
技术介绍
移动目标的定位跟踪主要涉及到角度、角度变化率以及多普勒频率变化率等观测状态变量，它们大都遵循非线性函数变化，在传统的DOA(Direction of Arrival)估计定位中，像以MUSIC(Musicalgorithm)、ESPRIT(Estimating signal parameters viarotational invariance techniques)等为基础的估计算法广泛应用于信号的波达方向估计。而MUSIC算法要进行特征分解和谱峰搜索，计算量非常大，尤其在系统要求实时性很高时，很难达到要求。ESPRIT算法将接收信号分解为两个子阵，利用不同方向的信号到达两子阵间的相位差来估计信号的DOA错误。虽然运算量比MUSIC较小，但是预测精度和分辨率较低，实时性也较差。因此，这种传统的定位跟踪算法精度和效率低下、计算复杂、稳定性不好等缺点影响了通信系统的性能。为了解决传统DOA估计的缺陷，Dongyoun Seo等人提出利用锁角环路(DiLL)对目标信号DOA进行估计，这种估计方式和最小均方误差估计(Least Mean Square-LMS)算法中产生同步信号的延迟环非常相似，利用误差信号不断迭代地更新估计信号，虽然得到了很好的效果，算法复杂度也大大降低，但是由于系统非线性和噪声对信号的影响，对目标的定位跟踪效果并不是太理想。因此，在对信号波达方向估计再基础上，用滤波的方式对信号进行处理，达到精确跟踪的效果。而对非线性系统滤波的处理方式，传统的有扩展卡尔曼滤波错误。(Extended Kalman Filter-EKF)，修正增益扩展卡尔曼滤波(Modified Gain EKF-MGEKF)等算法。扩展卡尔曼滤波类算法主要将非线性观测方程进行泰勒展开得到的一次项来对非线性方程做线性化处理，再通过卡尔曼滤波算法进行滤波跟踪，可能导致线性化误差的存在、滤波发散、性能下降等缺陷，因此只适用在非线性较弱，近似高斯环境下。无迹卡尔曼滤波基于无损变换(Unscented Transformation，UT)，通过选择均值和协方差不变条件下的σ样点集合，在经过非线性变换后的样点统计量来估计逼近状态向量的后验概率密度分布，利用确定性采样替代PF(Particle Filter)随机采样，消除了EKF线性化过程中忽略高阶项带了的误差问题，相对前两种以EKF为基础的滤波算法，它的收敛速度和滤波跟踪性能进一步提高，使系统的稳定性进一步增强。因此，系统在后端可利用高效的无损卡尔曼滤波UKF(Unscented Kalman Filter)算法对信号进行滤波处理就显得极为重要。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本申请提供一种移动目标的定位方法及系统，系统在后端设置高效的UKF算法，能够有效地减少了噪声的影响，使得系统的计算复杂度大大降低，提高非线性系统的定位跟踪精度和效率，可实现对移动目标的快速地精确跟踪，且系统的稳定性高。本申请第一方面提供一种移动目标的定位系统，所述系统包括接收机、基于锁角环路的DOA估计模块以及UKF滤波跟踪算法模块；其中，所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号；所述基于锁角环路的DOA估计模块接收所述接收机的输出粗估计信号，并输出估计信号给所述UKF滤波跟踪算法模块；所述UKF滤波跟踪算法模块接收所述估计信号，输出目标的多个角度方位来定位所述移动目标。在第一方面第一种可能的实现方式中，所述接收机包括下变频到基带单元和空间信号滤波器单元；其中，所述下变频到基带单元将所述信号变为基带信号，且所述空间信号滤波器单元将所述基带信号进行空间滤波，输出粗估计信号。结合第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号进行空间采样，并由所述下变频到基带单元将所述信号变为基带信号，且所述空间信号滤波器单元将所述基带信号进行空间滤波，输出粗估计信号；然后所述基于锁角环路的DOA估计模块对所述信号的波达方向进行估计追踪DOA信息，得到估计信号；最后经过所述UKF滤波跟踪算法模块对所述估计信号进行处理，输出目标的多个角度方法来定位所述移动目标。在第一方面第三种可能的实现方式中，所述基于锁角环路的DOA估计模块包括鉴角器、环路滤波器、数控振荡器以及修正因子产生器；其中，所述鉴角器接收所述粗估计信号，然后输出所述信号的角度值，并经过所述环路滤波器和所述数控振荡器后输出所述估计信号；所述修正因子产生器对所述角度值经过所述环路滤波器和所述数控振荡器后输出所述估计信号的过程进行修正。结合第一方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述鉴角器包括两个角度偏移相关器和阵列向量产生器；其中，所述两个角度偏移相关器接收所述粗估计信号和所述阵列向量产生器的信号，并输出第一角度偏移量和第二角度偏移量，然后将所述第一角度偏移量和所述第二角度偏移量模的平方相减得到的误差值来更新误差信号，使得DOA定位值更加接近实际信号的角度值。本申请第二方面提供了一种移动目标的定位方法，应用于如上任一所述的系统中，所述方法包括：所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号；所述基于锁角环路的DOA估计模块接收所述接收机的输出粗估计信号，并输出估计信号给所述UKF滤波跟踪算法模块；所述UKF滤波跟踪算法模块接收所述估计信号，输出目标的多个角度方位来定位所述移动目标。在第二方面第一种可能的实现方式中，所述方法还包括：所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号进行空间采样，并由所述下变频到基带单元将所述信号变为基带信号，且所述空间信号滤波器单元将所述基带信号进行空间滤波，输出粗估计信号。在第二方面第二种可能的实现方式中，对变量进行UKF滤波估计的方法包括：对变量进行初始化；计算所述变量的样点值；进行状态变换预测；进行测量变换预测；计算状态、测量预测互协方差；对权增益及状态进行更新。本申请的锁角环路DOA估计模型，不但能够实现移动目标DOA估计，而且对目标方位能够实时地定位跟踪；为了消除非线性和噪声对系统误差的影响，选择基于UT变换的UKF滤波方式对DOA估计信号进行滤波，获得精度较高的DOA定位跟踪波形；同时系统的计算复杂度大大降低，系统的稳定性高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种移动目标的定位系统框架示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种移动目标的定位系统跟踪模型示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种波束空间矩阵示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种基于锁角环路的DOA估计模块示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种锁角环路的DOA估计跟踪示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种DILL-UKF定位跟踪示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种DOA估计误差示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种两个目标的DOA定位跟踪示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动目标的定位系统，其特征在于，所述系统包括接收机、基于锁角环路的DOA估计模块以及UKF滤波跟踪算法模块；其中，所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号；所述基于锁角环路的DOA估计模块接收所述接收机的输出粗估计信号，并输出估计信号给所述UKF滤波跟踪算法模块；所述UKF滤波跟踪算法模块接收所述估计信号，输出目标的多个角度方位来定位所述移动目标。

【技术特征摘要】
1.一种移动目标的定位系统，其特征在于，所述系统包括接收机、基于锁角环路的DOA估计模块以及UKF滤波跟踪算法模块；其中，所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号；所述基于锁角环路的DOA估计模块接收所述接收机的输出粗估计信号，并输出估计信号给所述UKF滤波跟踪算法模块；所述UKF滤波跟踪算法模块接收所述估计信号，输出目标的多个角度方位来定位所述移动目标。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收机包括下变频到基带单元和空间信号滤波器单元；其中，所述下变频到基带单元将所述信号变为基带信号，且所述空间信号滤波器单元将所述基带信号进行空间滤波，输出粗估计信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收机接收移动目标的多个不同到达方向的信号进行空间采样，并由所述下变频到基带单元将所述信号变为基带信号，且所述空间信号滤波器单元将所述基带信号进行空间滤波，输出粗估计信号；然后所述基于锁角环路的DOA估计模块对所述信号的波达方向进行估计追踪DOA信息，得到估计信号；最后经过所述UKF滤波跟踪算法模块对所述估计信号进行处理，输出目标的多个角度方法来定位所述移动目标。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于锁角环路的DOA估计模块包括鉴角器、环路滤波器、数控振荡器以及修正因子产生器；其中，所述鉴角器接收所述粗估计信号，然后输出所述信号的角度值，并经过所述环路滤波器和所述数控振荡器后输...

【专利技术属性】
技术研发人员：程秀芝，龚雪，陈立爱，何平，李彬彬，刘艳丽，李浩然，彭泽华，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34