一种基于多运动接收站的时差定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多运动接收站的时差定位方法，涉及无源定位技术。其步骤为：步骤1，得到目标到各个接收站的多时刻距离差RDOA定位方程组；步骤2，将多时刻距离差RDOA定位方程组转化为辅助变量的伪线性方程组；步骤3，利用辅助变量的伪线性方程组和辅助变量估计值得到辅助变量估计值的估计偏差；步骤4，得到目标位置坐标的初始估计偏差的线性模型的矩阵表达式；步骤5，根据目标位置坐标的初始估计值和加权最小二乘估计得到校正后的目标位置坐标。本发明专利技术主要解决现有技术中定位结果具有模糊性以及定位偏差会随着测量误差的增大而迅速增加即定位性能不稳定的问题，本发明专利技术主要用于无源定位的场景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，涉及无源定位技术。其步骤为：步骤1，得到目标到各个接收站的多时刻距离差RDOA定位方程组；步骤2，将多时刻距离差RDOA定位方程组转化为辅助变量的伪线性方程组；步骤3，利用辅助变量的伪线性方程组和辅助变量估计值得到辅助变量估计值的估计偏差；步骤4，得到目标位置坐标的初始估计偏差的线性模型的矩阵表达式；步骤5，根据目标位置坐标的初始估计值和加权最小二乘估计得到校正后的目标位置坐标。本专利技术主要解决现有技术中定位结果具有模糊性以及定位偏差会随着测量误差的增大而迅速增加即定位性能不稳定的问题，本专利技术主要用于无源定位的场景。【专利说明】
本专利技术属于信号处理
，涉及无源定位技术，尤其涉及。
技术介绍
对目标的准确定位，在许多军用和民用系统中都具有很重要的意义。雷达、声纳、激光等有源设备对目标的定位通常称为有源定位，它具有全天候、高精度等优点。然而，有源定位系统的使用是靠发射大功率信号来实现的，这样就很容易暴露自己，从而容易遭到对方电子干扰的软杀伤和反辐射导弹等硬杀伤武器的攻击，使得定位精度受到很大影响，甚至会危及到系统自身的安全。无源定位技术相对于传统的有源定位系统而言，具有作用距离远、隐蔽性强等优点，因而在雷达、声纳和传感器网络等领域都有广泛应用。当前流行的定位技术比较多，根据定位参数的不同，可以分为到达时间(time of arrival, TOA)定位技术、到达时差(time difference of arrival, TDOA)定位技术、到达角(angle ofarrival, A0A)定位技术和信号到达强度(received signal strength, RSS)定位技术等。其中，基于多站TDOA的定位技术具有定位成本低、精度较高等优点，因而受到越来越多的关注。经典的基于TDOA的多站无源定位算法有泰勒级数法、牛顿法以及Chan算法等。其中，泰勒级数法和牛顿法是一类需要初始估计位置的迭代算法，当初始值接近真实值时，算法能快速收敛，定位精度高；但是在初始值选择不好的情况下，算法计算收敛较慢，甚至可能发散以至于得不到真实的定位解。Chan算法利用两级加权最小二乘估计对目标位置进行解算，但是该算法要求在三维空间中接收站数目不少于4个，然而在实际应用中，这一条件可能不满足，此时Chan算法将不再适用。此外，Chan算法是利用多接收站单个时刻TDOA测量值的定位方法。加权最小二乘(Weighted Least Square,WLS)算法是一种利用多运动接收站多个时刻TDOA测量值的无源定位算法，但是该算法没有考虑最小二乘解中各分量之间的相关性，定位性能不太理想。两级加权最小二乘(Two-step Weighted Least Square, Two-stepWLS)算法是一种基于多参考接收站的TDOA定位算法，它求解定位方程组的原理与基于多运动接收站的TDOA定位方法的求解原理非常相似，因而完全适用于基于多运动接收站的TDOA定位问题，但是该算法在第二级求解过程中需要进行开方运算，定位结果具有模糊性，并且可能会产生虚数解，定位性能也不理想。现有的目标TDOA定位算法中，收敛速度和定位精度依赖于初始值的选取，对接收站的数目有要求，定位结果具有模糊性以及定位偏差会随着测量误差的增大而迅速增加即定位性能不稳定的缺点。
技术实现思路
针对现有目标TDOA定位算法存在的不足，本专利技术提出，以实现对目标位置的精确估计。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案预以实现。，其特征在于，包括以下步骤:步骤1，根据多运动接收站的时差定位模型，得到目标到各个接收站的多时刻距离差RDOA定位方程组；步骤2，引入目标位置坐标u的辅助变量,将多时刻距离差RDOA定位方程组转化为辅助变量-的伪线性方程组； 步骤3，对辅助变量#的伪线性方程组进行加权最小二乘估计，得到辅助变量估计值#、目标位置坐标u的初始估计值1、以及信号从目标到第k时刻的参考接收站的真实距离Rk的估计值七I利用辅助变量#的伪线性方程组和辅助变量估计值P得到辅助变量估计值的估计偏差Δ-;所述参考接收站取自于多运动接收站的时差定位模型中的第一个接收站；步骤4，通过辅助变量估计值的估计偏差Δ-得到目标位置坐标u的初始估计偏差Au ;利用信号从目标到第k时刻的参考接收站的真实距离rlik的估计值七，通过泰勒级数展开，得到目标位置坐标u的初始估计偏差Au的线性模型的矩阵表达式； 步骤5，利用线性模型的矩阵表达式，通过加权最小二乘估计求解目标位置坐标的初始估计偏差△ u的加权最小二乘估计Ai;根据目标位置坐标u的初始估计值i和加权最小二乘估计得到校正后的目标位置坐标i β上述技术方案的特点和进一步改进在于:(I)步骤I具体包括以下子步骤:Ia)设定三维空间中静止的目标位置坐标为u = '空间第1个接收站在第 k 时刻的位置坐标 Si,k = T = si；0+kVi, i = 1，...，N, 0 ≤ k ≤ K,其中，k 表示时刻，K为非负常数，N表示空间运动接收站的个数，si；0表示第i个接收站的初始位置坐标，Vi表示该接收站相应的速度矢量，T表示转置操作；Ib)第k时刻，目标到第i个接收站的距离ru为:ri k = I u-si；k 2, i = I,..., N,0 ^ k ^ K(I)其中，ri，k表示第k时刻，信号从目标到第i个接收站的距离，u表示目标位置坐标，Su表示第i个接收站在第k时刻的位置坐标，I I.I I2表示取二范数操作，K为非负常数，N表示运动接收站的个数，k表示时刻；Ic)选取第k时刻的第一个接收站作为第k时刻的参考接收站，目标到接收站和参考接收站的到达时差TDOA测量值表示为如下形式: ζι,* = ,,.U 十麵|,* 二(〔.<+— iIjl/c+Mij ? ? = 2,,,,,Ν'，O^k^K(2)其中，t表示第k时刻，信号从目标到第i个接收站和到参考接收站之间的TDOA测量值，tn，k表示第k时刻信号从目标到第i个接收站和到参考接收站之间的真实时间差，c表示电磁波传播速度，Δ tn，k表示第k时刻的到达时差TDOA测量误差，N表示运动接收站的个数，k表示时刻，K为非负常数；1d)将式⑵两端同时乘以电磁波传播速度C，得到如下的多时刻距离差RDOA定位方程组:【权利要求】1.，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，根据多运动接收站的时差定位模型，得到目标到各个接收站的多时刻距离差RDOA定位方程组； 步骤2，引入目标位置坐标u的辅助变量P,将多时刻距离差RDOA定位方程组转化为辅助变量f的伪线性方程组；步骤3，对辅助变量f?的伪线性方程组进行加权最小二乘估计，得到辅助变量估计值目标位置坐标u的初始估计值?、以及信号从目标到第k时刻的参考接收站的真实距离r,k的估计值I ;利用辅助变量的伪线性方程组和辅助变量估计值#得到辅助变量估计值的估计偏差所述参考接收站取自于多运动接收站的时差定位模型中的第一个接收站； 步骤4，通过辅助变量估计值的估计偏差Δρ得到目标位置坐标u的初始估计偏差Au ；利用信号从目标到第k时刻的参考接收站的真实距离rlik的估计值I ,通过泰勒级数展开，得到目标位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多运动接收站的时差定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据多运动接收站的时差定位模型，得到目标到各个接收站的多时刻距离差RDOA定位方程组；步骤2，引入目标位置坐标u的辅助变量将多时刻距离差RDOA定位方程组转化为辅助变量的伪线性方程组；步骤3，对辅助变量的伪线性方程组进行加权最小二乘估计，得到辅助变量估计值目标位置坐标u的初始估计值以及信号从目标到第k时刻的参考接收站的真实距离r1,k的估计值利用辅助变量的伪线性方程组和辅助变量估计值得到辅助变量估计值的估计偏差所述参考接收站取自于多运动接收站的时差定位模型中的第一个接收站；步骤4，通过辅助变量估计值的估计偏差得到目标位置坐标u的初始估计偏差Δu；利用信号从目标到第k时刻的参考接收站的真实距离r1,k的估计值通过泰勒级数展开，得到目标位置坐标u的初始估计偏差Δu的线性模型的矩阵表达式；步骤5，利用线性模型的矩阵表达式，通过加权最小二乘估计求解目标位置坐标的初始估计偏差Δu的加权最小二乘估计根据目标位置坐标u的初始估计值和加权最小二乘估计得到校正后的目标位置坐标

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯大政，朱国辉，赵海霞，薛海伟，解虎，虞泓波，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61