一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法技术方案

本发明专利技术属于电子信息技术领域，尤其涉及目标定位技术中的一种联合时差测距技术的多输入单输出系统(multiple input and single output，MISO)无线电信号高精度目标定位方法。一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法，利用个数大于等于2的无线电发射机发射非相干信号，利用单个无线电接收机所接收的目标反射回波来确定目标的方位角，同时通过测定信号经发射机—目标—接收机的时差来确定目标的距离，将目标的方位角和目标的距离作为目标的估计位置，实现目标的快速定位。本发明专利技术因对运动目标进行定位时无需任何先验知识，则实用性较强。

【技术实现步骤摘要】
一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法
本专利技术属于电子信息
，尤其涉及目标定位技术中的一种联合时差测距技术的多输入单输出系统(multipleinputandsingleoutput，MISO)无线电信号高精度目标定位方法。
技术介绍
多输入单输出无线电系统是在发射端采用辐射非相干波形的多天线阵列，在接收端采用单根天线。在许多实际应用中，需要让一些小型运动平台(无人机、制导武器等)对目标进行定位。但这些平台往往体积小，无法放置大孔径的天线阵列，甚至有些只能放置单根天线，这使得小型运动平台对目标定位的能力受到很大限制。申请号为201310385863.0的专利公开了一种利用辅助雷达的先验知识确定目标方位角和距离的方法。该方法在实现过程中需要利用辅助雷达提供的目标距离先验知识，而目标距离的先验知识有时候得不到，特别是目标瞬间出现并以高速运行时。因此，该方法具有一定的局限性。
技术实现思路
为了解决现有技术需要先验知识才能对空中运动目标进行快速定位的缺陷，本专利技术提供一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法，针对地面同时固定有大型阵列的发射站和仅有单根天线的接收站，对空中运动目标的定位。本专利技术的原理为：利用个数大于等于2的无线电发射机发射非相干信号，利用单个无线电接收机所接收的目标反射回波来确定目标的方位角，同时通过测定信号经发射机—目标—接收机的时差来确定目标的距离，将目标的方位角和目标的距离作为目标的估计位置，实现目标的快速定位。本专利技术的具体步骤如下：S1、设置当前发射机并指定所述当前发射机中的一个发射机为基准发射机，初始化所需目标定位数据并存入当前接收机内存，其中，所述当前发射机的个数≥2，所述当前接收机个数为1，所述所需目标定位数据为当前发射机的个数、当前发射机的序号、基准发射机的序号、发射的信号个数、发射信号和接收信号的时域采样周期、当前接收机接收信号的时域采样的时刻个数、每个时刻当前接收机接收信号的时域采样序列的长度、所需测量的时差个数,其中,所述所需测量的时差个数为经验值；S2、获取S1所述当前发射机的时域采样序列记第k个当前发射机的时域采样序列为sk＝[sk(1)sk(2)…sk(M)]T，获取S1所述当前接收机的时域采样序列x＝[x(1)x(2)…x(M)]T＝ηSa(θ)+n，其中，S＝[s1s2…sK]为当前发射机的时域采样序列构成发射信号的时域采样矩阵，k＝1,…,K，M为时域采样点数，K为发射阵列中当前发射机的个数，η为信号衰减因子，n＝[n(1)n(2)…n(M)]T为高斯白噪声向量；S3、确定S1所述当前发射机的发射阵列的驱动向量a(θ)，即对S2所述的S求逆后乘以S2所述x，得到当前发射机的发射阵列的驱动向量其中，θ为目标相对于发射阵列的方位角，λ为发射信号的波长，d2,d3,…,dK分别为编号为2,3,…,K的当前发射机相对于编号为1的当前发射机的距离，j为虚部；S4、确定目标相对于发射阵列的方位角，具体为：S41、利用最小二乘法得到S3所述a(θ)的估计其中，SH为S的共轭转置；S42、将扫描的空域按照角度划分为L个网格点，每个网格点对应的方位角记作θ1,θ2,θ3,…,θL，计算出每个网格点对应的驱动向量a(θl)，其中，l＝1,2,…,L；S43、找出目标相对发射阵列的方位角其中，S5、确定目标相对于发射阵列的距离d2，具体如下：S51、测定信号经发射机—目标—接收机的时差tτ，则有d1+d2＝ctτ，其中，c为光速，d1为目标与发射机之间的距离，d2为目标与接收机之间的距离；S52、根据公式计算出目标与接收机的距离，其中，d0为接收机与发射机之间的距离，β为接收机相对于发射机的方位角。进一步地，S1所述发射信号为同频非相干信号。本专利技术的有益效果是：本专利技术因发射阵列和接收站均固定于地面且具体位置已知，则可通过接收站所接收来自于发射阵列的直达波对MISO无线电的系统测量误差进行校正，提高目标的定位精度；本专利技术方法原理简单，计算量小，可对运动目标进行实时定位；本专利技术因对运动目标进行定位时无需任何先验知识，则实用性较强。本专利技术方法可广泛应用于通信、雷达、声纳、遥测、无线电监测与管理等领域。采用同频非相干信号，避免了解相干，使得后续运算相对简单。附图说明图1为MISO无线电系统目标定位示意图。图2为具有5个发射机的MISO系统运动目标定位示意图。图3为t＝1时刻各信号进行时域采样后的图。图4为目标相对于发射阵列的方位角测定图。图5为目标在20个时刻处所估计的位置图。具体实施方式下面结合附图介绍本专利技术的具体实施方式：如图2所示，本实施方式采用5个发射机为当前发射机，序号分别为1、2、3、4、5。默认序号为1的发射机为基准发射机，2、3、4、5号发射机相对于1号发射机的距离分别为0.75米,1.5米,2.25米,3米。各发射机发射同频非相干的信号且发射信号的频率都为200MHz。时域采样的采样周期为2.5纳秒，信噪比为5dB，采样长度为128。如图2所示，令目标的初始位置(t＝0时刻)位于发射阵列中点处法线的右侧，且目标相对于发射阵列的方位角设定为α＝30°和目标相对于发射阵列的距离(以3号发射机为参考)为10km，目标以50m/s从右向左平行于发射阵列的速度运动；系统测定信号经发射机—目标—接收机的时差的误差在[-0.5μs,0.5μs]均匀分布；信号衰减因子η＝0.05；单天线接收机也位于发射阵列中点处法线的右侧，接收机相对于发射阵列的方位角β＝45°，接收机相对于发射阵列的距离(以3号发射机为参考)为2km。在本实施方式中，利用这5个发射机发射同频非相干的信号，通过固定在地面的单天线接收机接收空中目标反射的回波信号，并对接收的回波进行时域采样和信号处理，估计出目标相对于发射阵列的方位角，同时通过测定信号经发射机--目标--接收机的时差tτ，利用时差测距技术，估计出目标相对于发射阵列的距离，最终实现对目标准确定位的目的。步骤1.将无线电发射机的个数K＝5、各发射机本机的序号及基准发射机的序号，采样的时域,采样周期T＝1秒，各发射机发射信号的频率及幅度，发射机发射信号的每个时刻的时域采样序列的长度M＝128，进行时域采样的时刻总数P＝20分别初始化入各发射机内存。步骤2.在t＝1时刻，对所有发射机的发射信号进行时域采样，分别确定第k个发射机发射信号的时域采样序列sk(m,t)，k＝1,2,3,4,5，m＝1,2,…,128，如下第1～5列分别给出的是第1～5个发射机发射信号的时域采样序列最前4个和最后4个时域采样值：在时刻t＝2,3,…,20，对所有发射机的发射信号进行时域采样，分别确定第k个发射机发射信号的时域采样序列sk(m,t)，k＝1,2,3,4,5，m＝1,2,…,128。步骤3.在t＝1时刻，对单天线接收机的接收信号进行时域采样，确定接收信号的时域采样序列x(m,t)，m＝1,2,…,128，如下第1,2列分别给出的是接收机接收信号的时域采样序列最前4个和最后4个时域采样值：：在时刻t＝2,3,…,20，对接收机的接收信号进行时域采样，确定接收机接收信号的时域采样序列x(m,t)，m＝1,2,…,128；如图3所示，为接收信号和各发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、设置当前发射机并指定所述当前发射机中的一个发射机为基准发射机，初始化所需目标定位数据并存入当前接收机内存，其中，所述当前发射机的个数≥2，所述当前接收机个数为1，所述所需目标定位数据为当前发射机的个数、当前发射机的序号、基准发射机的序号、发射的信号个数、发射信号和接收信号的时域采样周期、当前接收机接收信号的时域采样的时刻个数、每个时刻当前接收机接收信号的时域采样序列的长度、所需测量的时差个数,其中,所述所需测量的时差个数为经验值；S2、获取S1所述当前发射机的时域采样序列记第k个当前发射机的时域采样序列为sk＝[sk(1) sk(2) … sk(M)]T，获取S1所述当前接收机的时域采样序列x＝[x(1) x(2) … x(M)]T＝ηSa(θ)+n，其中，S＝[s1 s2 … sK]为当前发射机的时域采样序列构成发射信号的时域采样矩阵，k＝1,…,K，M为时域采样点数，K为发射阵列中当前发射机的个数，η为信号衰减因子；S3、确定S1所述当前发射机的发射阵列的驱动向量a(θ)，即对S2所述的S求逆后乘以S2所述x，得到当前发射机的发射阵列的驱动向量其中，θ为目标相对于发射阵列的方位角，λ为发射信号的波长，d2,d3,…,dK分别为编号为2,3,…,K的当前发射机相对于编号为1的当前发射机的距离，j为虚部；S4、确定目标相对于发射阵列的方位角，具体为：S41、利用最小二乘法得到S3所述a(θ)的估计其中，SH为S的共轭转置；S42、将扫描的空域按照角度划分为L个网格点，每个网格点对应的方位角记作θ1,θ2,θ3,…,θL，计算出每个网格点对应的驱动向量a(θl)，其中，l＝1,2,…,L；S43、找出目标相对发射阵列的方位角其中，Γ(l)=|<a^(θ),a(θl)>|=|a^H(θ)a(θl)|;]]>S5、确定目标相对于发射阵列的距离d2，具体如下：S51、测定信号经发射机—目标—接收机的时差tτ，则有d1+d2＝ctτ，其中，c为光速，d1为目标与发射机之间的距离，d2为目标与接收机之间的距离；S52、根据公式计算出目标与接收机的距离，其中，d0为接收机与发射机之间的距离，β为接收机相对于发射机的方位角。...

【技术特征摘要】
1.一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、设置当前发射机并指定所述当前发射机中的一个发射机为基准发射机，初始化所需目标定位数据并存入当前接收机内存，其中，所述当前发射机的个数≥2，所述当前接收机个数为1，所述所需目标定位数据为当前发射机的个数、当前发射机的序号、基准发射机的序号、发射的信号个数、发射信号和接收信号的时域采样周期、当前接收机接收信号的时域采样的时刻个数、每个时刻当前接收机接收信号的时域采样序列的长度、所需测量的时差个数,其中,所述所需测量的时差个数为经验值；S2、获取S1所述当前发射机的时域采样序列记第k个当前发射机的时域采样序列为sk＝[sk(1)sk(2)…sk(M)]T，获取S1所述当前接收机的时域采样序列x＝[x(1)x(2)…x(M)]T＝ηSa(θ)+n，其中，S＝[s1s2…sK]为当前发射机的时域采样序列构成发射信号的时域采样矩阵，k＝1,…,K，M为时域采样点数，K为发射阵列中当前发射机的个数，η为信号衰减因子，n＝[n(1)n(2)…n(M)]T为高斯白噪声向量；S3、确定S1所述当前发射机的发射阵列的驱动向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：万群，刘江波，胡泽鹏，殷吉昊，邹麟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51