一种无源测速定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种无源测速定位方法及装置，采集参考观测站及至少两个实时观测站的位置、速度及加速度，并采集运动目标的位置、速度，计算各实时观测站相对于运动目标的距离、速度及加速度，并计算第i个实时观测站相对于参考观测站的位置差、速度差及加速度差，构建关于位置差、速度差及加速度差的定位观测方程；利用加权最小二乘法对所述定位观测方程进行伪线性化处理，得到运动目标位置、速度的解。在运动目标位于不同方位角的场景下，算法收敛性较好，而且本发明专利技术的方法在解决快速稳健定位的同时，由于频差变化量能够为测速定位提供额外的信息量，因此，能够提升目标定位测速精度。

【技术实现步骤摘要】
一种无源测速定位方法及装置
本专利技术属于频差无源定位
，特别涉及一种无源测速定位方法及装置。
技术介绍
经过数十年的研究和发展，目标定位技术在理论和应用上都取得了长足发展，已被广泛应用于航天、环境检测等众多领域。无源探测系统中的无源目标定位技术不向外辐射电磁信号，而仅仅靠被动地接收其他辐射源的电磁信号对隐身目标进行跟踪和定位，因此较有源定位技术而言具有隐蔽性能好、生存能力强、较强的抗干扰能力和交广的频率覆盖范围等优势，受到了国内外越来越多的关注。无源定位常用的方法是利用目标辐射源到达观测点的时间差(时差)来实现目标监视与定位。目前，基于时差的无源定位技术根据是否需要显式计算时差值而分为两大类，经典的两步定位方法和新兴的直接定位方法，两步定位方法首先第一步通过接收信号估计出时差值或频差，然后第二步利用估计出的时差值进行位置解算，然而由于两步算法在第一步估计时差或频差时没有考虑所有单目标定位中的约束问题，所以不能确保定位的准确性。如公开号为“CN105960014A”，名称为“无源定位方法及系统”的中国专利，该专利提供的无源定位方法的步骤为：获取至少三个侦探站的位置信息，获取CDMA移动终端附近三个侦测站的位置信息，获取CDMA移动终端附近基站实时发送的PN长码状态，对接收到的RACH射频信号进行射频前端下降频至中频，将至少三个侦测站的位置信息与CDMA移动终端相对至少三个侦测站的位置信息发送给服务器，使其对所述CDMA移动终端进行定位，该专利的方法实现了目标处于静默状态下的定位，对于动态目标的定位则不再适用。因为与静态目标定位相比，动态目标定位需要同时考虑位置、速度，状态参数的维数由二维扩展到六维；其次，针对连续信号，还需要将频差变化率高阶参数纳入定位解算；从而，目标状态与观测量之间存在高度非线性关系。在此条件下，快速稳健高精度的定位解算方法成为制约动目标无源定位的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无源测速定位方法及装置，用于解决现有技术中的无源定位方法不适用于运动目标的定位的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种无源测速定位方法，包括以下技术方案：方法方案一，一种无源测速定位方法，包括如下步骤：一种无源测速定位方法，包括如下步骤：1)采集参考观测站及至少两个实时观测站的位置、速度及加速度，并采集运动目标的位置、速度，计算各实时观测站相对于运动目标的距离、速度及加速度，并计算第i个实时观测站相对于参考观测站的位置差、速度差及加速度差，构建关于位置差、速度差及加速度差的定位观测方程；2)利用加权最小二乘法对所述定位观测方程进行伪线性化处理，得到运动目标位置、速度的解。方法方案二，在方法方案一的基础上，根据运动目标位置、速度与实时观测站的位置、速度及加速度之间的相关性，利用加权梯度法对运动目标位置、速度的解进行优化。方法方案三，在方法方案二的基础上，所述定位观测方程的建立过程包括以下子步骤：(1)所述参考观测站的位置、速度、加速度表示为：s0＝[s0x,s0y,s0z]T其中，s0表示所述参考观测站的位置，s0x、s0y、s0z分别为所述参考观测站在x轴、y轴、z轴上的位置坐标；表示所述参考观测站的速度，分别为所述参考观测站在x轴、y轴、z轴上的速度坐标；为所述参考观测站的加速度，分别为所述参考观测站在x轴、y轴、z轴上的加速度坐标；(2)各实时观测站的位置、速度、加速度分别表示为：si＝[six,siy,siz]T其中，i＝1,…N-1；si表示第i个实时观测站的位置，six、siy、siz分别为第i个实时观测站在x轴、y轴、z轴上的位置坐标；表示第i个实时观测站的速度，分别为第i个实时观测站在x轴、y轴、z轴上的速度坐标；为第i个实时观测站的加速度，分别为第i个实时观测站在x轴、y轴、z轴上的加速度坐标；(3)运动目标的位置和速度表示为：x＝[xx,xy,xz]T其中，x表示运动目标的位置，xx、xy、xz分别为运动目标在x轴、y轴、z轴上的位置坐标；表示运动目标的速度，分别为运动目标在x轴、y轴、z轴上的速度坐标；(4)第i个(i＝0,1,…N-1)实时观测站相对于运动目标的距离、速度、加速度分别表示为：ri＝||si-x||其中，ri表示第i个实时观测站相对于运动目标的距离；表示第i个实时观测站相对于运动目标的速度；表示第i个实时观测站相对于运动目标的加速度；(5)第i个实时观测站(i＝1,…N-1)相对于参考观测站的距离差、速度差、加速度差分别表示为：di0＝ri-r0其中，di0表示第i个实时观测站相对于参考观测站的距离差，表示第i个实时观测站相对于参考观测站的速度差，表示第i个实时观测站相对于参考观测站的加速度差；(6)建立距离差、速度差、加速度差的定位观测方程，距离差、速度差、加速度差的定位观测方程，分别表示为：其中，di表示考虑了时差误差的第i个实时观测站相对于参考观测站的距离差，表示考虑了频差误差的第i个实时观测站相对于参考观测站的速度差，表示考虑了频差变化率误差的第i个实时观测站相对于参考观测站的加速度差；分别表示时差、频差以及频差变化率的测量误差。方法方案四，在方法方案三的基础上，根据所述距离差的观测方程可得到：其中，ni1表示噪声；对所述距离差的定位观测方程进行微分可得：其中，ni,2表示噪声，为了进一步利用频差变化率信息，对方程进一步取微分，可得：将r0、作为附加参数，定义联立方程上述可得：G1u＝b1+n其中，n＝[n1,1,...,nN-1,1,n1,2,...,nN-1,2,n1,3,...,nN-1,3]T；根据距离差、速度差、加速度差的定位观测方程得到：进一步得到：n＝B1Δ其中：B＝2diag(d1+r0,d2+r0,...,dN-1+r0)并定义：进一步地，E[n]＝0得到u的加权最小二乘解为：其中，表示权系数，Q＝E[ΔΔT]。方法方案五，在方法方案四的基础上，利用梯度算法对运动目标的位置和速度进行优化的过程，包括以下子步骤：步骤A、x,和r0,之间的关系可以表述为：u1(1:3)＝x+e1:3其中，e＝[e1,e2,...,e9]T是误差向量；步骤B、定义：当z看作是u的函数时，z对u偏导数表示为：由于e≈F1du，因此，e＝[e1,e2,...,e9]T的一阶和二阶统计特性表示为：E[e]＝0其中，var(u1)表示u1的协方差矩阵，u1的均值为0，其协方差矩阵为：方法方案六，在方法方案五的基础上，当z看作是y的函数时，x,和r0，之间的关系表示为：z(u1)＝z(y)+e由此，z(u1)可以视作一组带噪声的测量值，z(y)是y的非线性函数，y的初值可以从u1获得，y的一阶近似为：z(u1)-z(y1)≈F2(y-y1)+e其中，y1＝[u1(1:3)T,u1(5:7)T]T是y的初值，F2是z对y的偏导数，即利用加权梯度法得到y的迭代估计公式为：其中，W2表示权值，W2＝E-1；循环迭代直至得到解。本专利技术还提供了一种无源测速定位装置，包括以下技术方案：装置方案一，一种无源测速定位装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：1)采集参考观测站及至少两个实时观测站本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无源测速定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采集参考观测站及至少两个实时观测站的位置、速度及加速度，并采集运动目标的位置、速度，计算各实时观测站相对于运动目标的距离、速度及加速度，并计算第i个实时观测站相对于参考观测站的位置差、速度差及加速度差，构建关于位置差、速度差及加速度差的定位观测方程；2)利用加权最小二乘法对所述定位观测方程进行伪线性化处理，得到运动目标位置、速度的解。

【技术特征摘要】
1.一种无源测速定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采集参考观测站及至少两个实时观测站的位置、速度及加速度，并采集运动目标的位置、速度，计算各实时观测站相对于运动目标的距离、速度及加速度，并计算第i个实时观测站相对于参考观测站的位置差、速度差及加速度差，构建关于位置差、速度差及加速度差的定位观测方程；2)利用加权最小二乘法对所述定位观测方程进行伪线性化处理，得到运动目标位置、速度的解。2.根据权利要求1所述的无源测速定位方法，其特征在于，根据运动目标位置、速度与实时观测站的位置、速度及加速度之间的相关性，利用加权梯度法对运动目标位置、速度的解进行优化。3.根据权利要求2所述的无源测速定位方法，其特征在于，所述定位观测方程的建立过程包括以下子步骤：(1)所述参考观测站的位置、速度、加速度表示为：s0＝[s0x,s0y,s0z]T其中，s0表示所述参考观测站的位置，s0x、s0y、s0z分别为所述参考观测站在x轴、y轴、z轴上的位置坐标；表示所述参考观测站的速度，分别为所述参考观测站在x轴、y轴、z轴上的速度坐标；为所述参考观测站的加速度，分别为所述参考观测站在x轴、y轴、z轴上的加速度坐标；(2)各实时观测站的位置、速度、加速度分别表示为：si＝[six,siy,siz]T其中，i＝1,…N-1；si表示第i个实时观测站的位置，six、siy、siz分别为第i个实时观测站在x轴、y轴、z轴上的位置坐标；表示第i个实时观测站的速度，分别为第i个实时观测站在x轴、y轴、z轴上的速度坐标；为第i个实时观测站的加速度，分别为第i个实时观测站在x轴、y轴、z轴上的加速度坐标；(3)运动目标的位置和速度表示为：x＝[xx,xy,xz]T其中，x表示运动目标的位置，xx、xy、xz分别为运动目标在x轴、y轴、z轴上的位置坐标；表示运动目标的速度，分别为运动目标在x轴、y轴、z轴上的速度坐标；(4)第i个(i＝0,1,…N-1)实时观测站相对于运动目标的距离、速度、加速度分别表示为：ri＝||si-x||其中，ri表示第i个实时观测站相对于运动目标的距离；表示第i个实时观测站相对于运动目标的速度；表示第i个实时观测站相对于运动目标的加速度；(5)第i个实时观测站(i＝1,…N-1)相对于参考观测站的距离差、速度差、加速度差分别表示为：di0＝ri-r0其中，di0表示第i个实时观测站相对于参考观测站的距离差，表示第i个实时观测站相对于参考观测站的速度差，表示第i个实时观测站相对于参考观测站的加速度差；(6)建立距离差、速度差、加速度差的定位观测方程，距离差、速度差、加速度差的定位观测方程，分别表示为：其中，di表示考虑了时差误差的第i个实时观测站相对于参考观测站的距离差，表示考虑了频差误差的第i个实时观测站相对于参考观测站的速度差，表示考虑了频差变化率误差的第i个实时观测站相对于参考观测站的加速度差；分别表示时差、频差以及频差变化率的测量误差。4.根据权利要求3所述的无源测速定位方法，其特征在于，根据所述距离差的观测方程可得到：其中，ni1表示噪声；对所述距离差的定位观测方程进行微分可得：其中，ni,2表示噪声，为了进一步利用频差变化率信息，对方程进一步取微分，可得：将r0、作为附加参数，定义联立方程上述可得：G1u＝b1+n其中，n＝[n1,1,...,nN-1,1,n1,2,...,nN-1,2,n1,3,...,nN-1,3]T；根据距离差、速度差、加速度差的定位观测方程得到：进一步得到：n＝B1Δ其中：B＝2diag(d1+r0,d2+r0,...,dN-1+r0)并定义：进一步地，E[n]＝0得到u的加权最小二乘解为：其中，表示权系数，Q＝E[ΔΔT]。5.根据权利要求4所述的无源测速定位方法，其特征在于，利用梯度算法对运动目标的位置和速度进行优化的过程，包括以下子步骤：步骤A、x,和r0,之间的关系可以表述为：u1(1:3)＝x+e1:3其中，e＝[e1,e2,...,e9]T是误差向量；步骤B、定义：当z看作是u的函数时，z对u偏导数表示为：由于e≈F1du，因此，e＝[e1,e2,...,e9]T的一阶和二阶统计特性表示为：E[e]＝0E＝E[eeT]＝F1var(u1)F1T其中，var(u1)表示u1的协方差矩阵，u1的均值为0，其协方差矩阵为：6.根据权利要求5所述的无源测...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡德秀，刘智鑫，赵拥军，黄洁，赵勇胜，刘成城，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41