一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，包括利用已知的观测数据建立关于飞行目标的多基站定位模型；通过引入额外变量的方式将非线性的飞行目标定位方程组线性化；利用最小二乘估计得到一个目标的初始估计；利用泰勒级数展开的方法构建关于误差项的加权最小二乘估计表达式，进一步提升目标位置的估计精度。因此本发明专利技术可以利用单星辐射源作为外辐射源基于多基站对飞行目标进行定位。

A multi base station target location method based on single satellite emitter

【技术实现步骤摘要】
一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法
本专利技术涉及无线移动通信
，尤其涉及一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法。
技术介绍
外辐射源雷达定位系统是一种极具发展潜力的定位系统。与传统的主动式雷达不同，外辐射源雷达系统只包含接收装置而不含发射装置，利用第三方非合作辐射源发射信号对监测区域进行探测。外辐射源定位系统可以利用的第三方信号种类有很多，如模拟电视信号、数字视频广播信号、蜂窝基站信号、卫星导航信号等。由于发射端和接收端不是同向的，可以较好地定位低空目标和隐身目标。目前多基站雷达系统中的定位算法主要有分组最小二乘法、两步加权最小二乘法、半正定规划法等算法。在使用卫星信号作为外辐射源时，由于卫星距目标的距离较远，因此地面各接收站得到的观测值比较接近，使用现有算法建立非线性方程组求解目标位置时精度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，旨在解决使用现有算法建立非线性方程组求解目标位置精度较低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，包括：以单颗卫星为发射源，空中飞行目标为测量物，接收基站为基础建立单星辐射源的多基站定位模型；基于标定单颗卫星与空中飞行目标之间的距离与空中飞行目标的位置无关的额外变量建立线性化定位方程组；对所述线性化定位方程组求解加权最小二乘问题，得到空中飞行目标的估计初始位置；将所述估计初始位置带入所述多基站定位模型并使用泰勒级数展开，由加权最小二乘法得到所述空中飞行目标的最终位置。其中，以单颗卫星为发射源，空中飞行目标为测量物，接收基站为基础建立单星辐射源的多基站定位模型，具体步骤包括：构建双基地距离观测数据计算公式：ri＝r0+ni＝Rt+Rsi+ni，其中，i代表接收基站的编号，si为第i个接收基站的位置坐标，ri代表第i个接收基站观测到的从卫星到接受基站的总距离，Rsi为空中飞行目标到卫星和第i个接收基站之间的距离；r0为没有受到噪声影响的真实双基地距离的集合；ni为第i个接收基站数据的测量噪声；t为卫星的位置坐标；Rt为空中飞行目标到卫星的距离；整理双基地距离观测数据为向量r：r＝[r1,r2,...,rN]T＝r0+n，其中n代表由各组测量噪声构成的噪声向量；获取空中飞行目标到各接收基站的距离构建向量ds：其中，u为空中飞行目标的位置坐标，N为接收基站的总个数；统一Rt和ds为向量d：根据定义系数矩阵整理向量r：r＝Ad+n其中，系数矩阵A＝[1N,IN]，IN为N维单位矩阵。基于标定单颗卫星与空中飞行目标之间的距离与空中飞行目标的位置无关的额外变量建立线性化定位方程组的具体步骤，包括：根据忽略二阶误差项得定位方程：构造向量θ＝[u,Rt]，其中Rt为与u无关的额外变量；得到矩阵定位方程：ε＝h-Gθ其中ε＝Bn，代表噪声部分；n＝[n1,n2,...,nN]T、线性化定位方程组求解加权最小二乘问题，得到空中飞行目标的估计初始位置的具体步骤，包括：将矩阵定位方程构建加权最小二乘问题：其中W为权值矩阵，W＝E[εεT]＝BQBT，Q为n的协方差矩阵；其最小二乘解为：θ＝(GTWG)-1GTWh所述向量θ中前三个元素为飞行目标位置的三维坐标估计初始位置带入所述多基站定位模型并使用泰勒级数展开，由加权最小二乘法得到所述空中飞行目标的最终位置的具体步骤，包括：建立关系式其中Δu代表估计误差；获取Rt的泰勒展开式：其中，获取的泰勒展开式：其中，得到修正观测数据表达式：所述修正观测数据表达式变形整理得：其中，获取修正矩阵数据表达式：hc-Gcu＝n其中hc＝[h1,h2,...,hN]T，第i个元素为：其中获取最终位置估计值：本专利技术的一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，利用已知的观测数据建立关于飞行目标的多基站定位模型min(r-Ad)TQ-1(r-Ad)；然后，过引入额外变量的方式将非线性的飞行目标定位方程组线性化ε＝h-Gθ；接着利用最小二乘估计得到一个目标的初始估计θ＝(GTWG)-1GTWh；最后，利用泰勒级数展开的方法构建关于误差项的加权最小二乘估计表达式进一步提升目标位置的估计精度，解决使用现有算法建立非线性方程组求解目标位置精度较低的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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本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为一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法的流程图；图2为本专利技术实施方式仿真实验距地基平台250千米处飞行目标定位结果的累积分布函数图；图3为本专利技术实施方式仿真实验距地基平台250千米处飞行目标定位结果的均方根误差随噪声强度变化关系示意图；图4为本专利技术实施方式仿真实验距地基平台400千米处飞行目标定位结果的累积分布函数图；图5为本专利技术实施方式仿真实验距地基平台400千米处飞行目标定位结果的均方根误差随噪声强度变化关系示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。请参阅图1，本专利技术提供的一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，包括：S101、以单颗卫星为发射源，空中飞行目标为测量物，接收基站为基础建立单星辐射源的多基站定位模型：假设待定位的目标是三维的，其位置为在地面布置N个接收基站，其中第i个接收站的位置为卫星的位置坐标为在本实施方式中在地面布置4个接收基站，接收基站的几何构型为矩形,4个接收基站位置的三维坐标分别为和单位为千米。结合工程应用实际，已知卫星的轨道高度为35800km，所以假设卫星的位置坐标为在实验中分别定位一个距地基平台250km的飞行器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，其特征在于，/n包括：以单颗卫星为发射源，空中飞行目标为测量物，接收基站为基础建立单星辐射源的多基站定位模型；/n基于标定单颗卫星与空中飞行目标之间的距离与空中飞行目标的位置无关的额外变量建立线性化定位方程组；/n对所述线性化定位方程组求解加权最小二乘问题，得到空中飞行目标的估计初始位置；/n将所述估计初始位置带入所述多基站定位模型并使用泰勒级数展开，由加权最小二乘法得到所述空中飞行目标的最终位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，其特征在于，
包括：以单颗卫星为发射源，空中飞行目标为测量物，接收基站为基础建立单星辐射源的多基站定位模型；
基于标定单颗卫星与空中飞行目标之间的距离与空中飞行目标的位置无关的额外变量建立线性化定位方程组；
对所述线性化定位方程组求解加权最小二乘问题，得到空中飞行目标的估计初始位置；
将所述估计初始位置带入所述多基站定位模型并使用泰勒级数展开，由加权最小二乘法得到所述空中飞行目标的最终位置。


2.如权利要求1所述的一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，其特征在于，
以单颗卫星为发射源，空中飞行目标为测量物，接收基站为基础建立单星辐射源的多基站定位模型，具体步骤包括：
构建双基地距离观测数据计算公式：
ri＝r0+ni＝Rt+Rsi+ni
其中，i代表接收基站的编号，si为第i个接收基站的位置坐标，ri代表第i个接收基站观测到的从卫星到接受基站的总距离，为空中飞行目标到卫星和第i个接收基站之间的距离；r0为没有受到噪声影响的真实双基地距离的集合；ni为第i个接收基站数据的测量噪声；t为卫星的位置坐标；Rt为空中飞行目标到卫星的距离；
整理双基地距离观测数据为向量r：
r＝[r1,r2,...,rN]T＝r0+n
其中，n代表由各组测量噪声构成的噪声向量；
获取空中飞行目标到各接收基站的距离构建向量ds：



其中，u为空中飞行目标的位置坐标，N为接收基站的总个数；
统一Rt和ds为向量d：
d＝[Rt,dsT]T
根据定义系数矩阵整理向量r：
r＝Ad+n
其中，系数矩阵A＝[1N,IN]，IN为N维单位矩阵。


3.如权利要求2所述的一种基于单星辐射源的多基站目标定位方法，其特征在于，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弘旺，郑植，张顺生，王文钦，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51