基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法技术

本发明专利技术涉及电磁辐射源定位技术领域，更具体而言，涉及一种基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法；在某区域内随机分布多个观测点，用以同步监测特定频率的电磁波信号强度，根据各个观测点监测得到的信号强度，利用多元线性回归方法即可推算出未知空中目标的经度、纬度、高度及信号强度，实现空中目标的定位，采用有效性判断，确定空中目标的定位是否成功；本发明专利技术根据电磁波在空间中传输的距离与所产生损耗的关系，提出一种基于到达信号强度的多站无源定位方法，称为SOA定位方法；该方法特别适合于发现和定位低速运动的空中目标辐射源。

Method for locating air target radiation source based on arriving signal strength

The invention relates to the technical field of the electromagnetic radiation source location, more specifically, relates to a signal strength of arrival air target positioning method based on radiation source; in a region of multiple random observation points, for the electromagnetic wave signal strength synchronous monitoring of specific frequency, according to the signal intensity of each observation point by monitoring. Multiple linear regression method can calculate the unknown target longitude, latitude, altitude and signal intensity, orientation of aerial target, the effectiveness of judgment, positioning of the air target is successful; the invention according to the electromagnetic wave propagation in the space distance and the resulting loss, proposes a multi station passive location arrival method based on signal strength, called SOA positioning method; the method is especially suitable for air target radiation source in the discovery and location of slow motion.

【技术实现步骤摘要】
基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法
本专利技术涉及电磁辐射源定位
，更具体而言，涉及一种基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法。
技术介绍
辐射源定位作为获取目标信号位置信息的重要技术手段，在航海、航空、电子等领域具有十分重大的地位和作用。由于无源定位具有作用距离远、隐藏性强等优点，是定位跟踪领域研究的重点之一。已有的无源定位方法有基于到达角(DirectionofArrival，DOA)的测向交互定位、基于到达时间差(TimeDifferenceofArrival,TDOA)的时差定位和基于到达频率差(FrequencyDifferenceofArrival，FDOA)的多普勒频差定位等方法，以及一些综合定位方法，如基于DOA和多普勒频率的定位方法[5]、基于DOA和到达时间(TimeofArrival,TOA)的定位方法[6]、基于DOA和TDOA的定位方法[7]等。本专利技术根据电磁波在空间中传输的距离与所产生损耗的关系，提出一种基于到达信号强度(StrengthofArrival,SOA)的多站无源定位方法，称为SOA定位方法。
技术实现思路
本专利技术针对空中目标辐射源的定位问题，根据电磁波在空间中传输的距离与所产生损耗的关系，提出一种基于到达信号强度的多站无源定位方法。该方法假设特定频率的信号只来自于某未知的空中目标，并需要在某区域内随机分布5个以上观测点，用以同步监测特定频率的电磁波信号强度；根据监测的信号强度，利用多元线性回归的方法即可推算出未知目标的经度、纬度、高度及信号强度；信号噪声、目标运动速度、各观测点监测时间误差和观测点位置误差将降低发现目标的成功率，而观测点数量的增加可提高发现目标的成功率；定位的精度则主要受目标运动速度、观测点监测时间误差及观测点位置误差的影响，这几项因素值越小，定位误差越小。本专利技术所采用的技术方案为：基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法，在某区域内随机分布多个观测点，用以同步监测特定频率的电磁波信号强度，根据各个观测点监测得到的信号强度，利用多元线性回归方法即可推算出未知空中目标的经度、纬度、高度及信号强度，实现空中目标的定位。采用有效性判断，确定空中目标的定位是否成功。定位方法具体如下：假设有一个空中目标O向外辐射频率为F的电磁波，且除该目标外没有其它频率为F的辐射源，目标O的经度、纬度、高度及信号强度为(x0,y0,h0,E0)；假设任意观测点G的经度、纬度、高度及观测到的信号强度为(x,y,h,E)；为方便计算，引入变量K、Y、X0、X1、X2、X3；令K＝10E/10；令Y＝K(x2+y2+h2)，X0＝2Kx，X1＝2Ky，X2＝2Kh，X3＝-K；其中，x,y分别为观测点G在经度和纬度方向以Km为单位的坐标，h为观测点G的海拔高度，单位为Km；E是观测点G监测到的频率为F的信号强度，单位为dB；根据上述假设条件，可由(x,y,h,E)的n组观测值(xi,yi,hi,Ei)(i＝1,2,...,n)计算得出(X0,X1,X2,X3,Y)的n组观测值(X0i,X1i,X2i,X3i,Yi)(i＝0,1,...,n-1)；然后由线性表达式a0X0+a1X1+a2X2+a3X3+a4＝Y的n组观测值(X0i,X1i,X2i,X3i,Yi)(i＝0,1,...,n-1)，通过多元线性回归，可得出a0,a1,a2,a3,a4；由此根据下列公式可得出目标O的经度、纬度、高度及信号强度(x0,y0,h0,E0)；x0＝a0，y0＝a1，h0＝a2E0＝10Lga4+32.44+20LgF其中，x0,y0分别为目标O在经度和纬度方向以Km为单位的坐标，h0为目标O的海拔高度，单位为Km，F为频率，单位为MHz，E0为目标O在频率F的信号强度，单位为dB。所述的定位方法中，由于经度和纬度方向的坐标单位全部为Km，因此将经纬度坐标转换为Km坐标；转换方法为：在区域内任选一点为原点，计算观测点到原点的经纬度方向距离，并将其作为坐标。所述的多个观测点，需要满足以下条件：1)观测点数量不少于5个；2)各个观测点不在同一个平面或同一条直线上；3)每个观测点与目标间无遮挡；4)各个观测点可同步测量同一频率的电磁波信号强度。所述的同步监测特定频率的电磁波信号强度，是指各个观测点在同一时间对特定频率的信号强度进行监测。但在实际使用中，各个观测点的监测时间完全同步很难达到，可以尽量使各观测点监测时间的差值较小(如小于50ms)。各观测点监测时间相差越小，则定位的成功率越高，且定位精度越高。所述的多元线性回归方法，具体如下：设随机变量Y及m个自变量X0,X1,......,Xm-1，给定n组观测数据(X0i,X1i,......,Xm-1i,Yi)(i＝0,1,......,n-1)，用线性表达式Y＝a0X0+a1X1+......+am-1Xm-1+am对观测数据进行回归分析，得出回归系数a0,a1,...,am的值；为了衡量回归效果，该方法至少需要计算以下两个变量：(1)偏差平方和(2)复相关系数其中所述的有效性判断，是指通过多元线性回归的结果，判断定位的结果是否有效，有效的计算结果需要符合以下条件：1)复相关系数r接近于1；2)a3≈x02+y02+h02；3)h0＞0。本专利技术所具有的有益效果为：1、定位的成功率受信号噪声、目标运动速度、各观测点监测时间误差、观测点位置误差的影响，各个因素的值越高，成功率越低；观测点数量的增加可提高定位的成功率；2、信号的随机噪声只影响信号源强度的推算结果，而对定位无影响；3、目标的运动速度与观测点监测时间误差对定位精度影响较大，目标运动速度越高，越需要缩短各观测点监测时间的误差，使监测时间尽可能同步；4、观测点位置误差越小，定位越准确，由于我国北斗卫星定位精度已达10米以内，利用其测定观测点位置，可将对定位的误差影响控制在较小范围之内；5、观测点数量对定位精度提高不明显。综上所述，目标运动速度、各观测点监测时间误差、观测点位置误差三项因素对定位成功率及精度影响较大，由于观测点监测时间误差比较难以缩小，因此，本方法最适合于发现和定位低速运动的空中目标辐射源。附图说明图1为实施例中10个观测点的位置；图2为实施例中10个观测点的数据；图3为实施例中(X0,X1,X2,X3,Y)的10组观测值。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。1、空中目标辐射源定位问题假设有一个空中目标O(如无人机)向外辐射频率为F的电磁波，且除该目标外没有其它频率为F的辐射源。目标O的经度、纬度、高度及信号强度为(x0,y0,h0,E0)。同时假设地面有n个观测点Gi(i＝1,2,...,n)，符合以下条件：(1)各个观测点不在同一个平面或同一条直线上；(2)每个观测点与目标间无遮挡；(3)各个观测点可同步测量频率为F的电磁波信号强度；(4)n≥5；(5)各个观测点的经度、纬度、高度及观测到的信号强度为(xi,yi,hi,Ei本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法，其特征在于：在某区域内随机分布多个观测点，用以同步监测特定频率的电磁波信号强度，根据各个观测点监测得到的信号强度，利用多元线性回归方法即可推算出未知空中目标的经度、纬度、高度及信号强度，实现空中目标的定位。

【技术特征摘要】
1.基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法，其特征在于：在某区域内随机分布多个观测点，用以同步监测特定频率的电磁波信号强度，根据各个观测点监测得到的信号强度，利用多元线性回归方法即可推算出未知空中目标的经度、纬度、高度及信号强度，实现空中目标的定位。2.根据权利要求1所述的基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法，其特征在于：采用有效性判断，确定空中目标的定位是否成功。3.根据权利要求1所述的基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法，其特征在于，定位方法具体如下：假设有一个空中目标O向外辐射频率为F的电磁波，且除该目标外没有其它频率为F的辐射源，目标O的经度、纬度、高度及信号强度为(x0,y0,h0,E0)；假设任意观测点G的经度、纬度、高度及观测到的信号强度为(x,y,h,E)；为方便计算，引入变量K、Y、X0、X1、X2、X3；令K＝10E/10；令Y＝K(x2+y2+h2)，X0＝2Kx，X1＝2Ky，X2＝2Kh，X3＝-K；其中，x,y分别为观测点G在经度和纬度方向以Km为单位的坐标，h为观测点G的海拔高度，单位为Km；E是观测点G监测到的频率为F的信号强度，单位为dB；根据上述假设条件，可由(x,y,h,E)的n组观测值(xi,yi,hi,Ei)(i＝1,2,...,n)计算得出(X0,X1,X2,X3,Y)的n组观测值(X0i,X1i,X2i,X3i,Yi)(i＝0,1,...,n-1)；然后由线性表达式a0X0+a1X1+a2X2+a3X3+a4＝Y的n组观测值(X0i,X1i,X2i,X3i,Yi)(i＝0,1,...,n-1)，通过多元线性回归，可得出a0,a1,a2,a3,a4；由此根据下列公式可得出目标O的经度、纬度、高度及信号强度(x0,y0,h0,E0)；x0＝a0，y0＝a1，h0＝a2E0＝10Lga4+32.44+20LgF其中，x0,y0分别为目标O在经度和纬度方向以Km为单位的坐标，h0为目标O的海拔高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张游杰，马瑞，陈学丽，张清萍，
申请(专利权)人：山西奥克斯电子系统工程中心，
类型：发明
国别省市：山西,14