一种双圆阵的方位-等效时延差被动定位方法技术

本发明专利技术提供一种双圆阵的方位‑等效时延差被动定位方法，首先建立双阵空间定位模型，获取两圆阵各阵元输出数据x

A passive location method of azimuth equivalent delay difference of double circular array

【技术实现步骤摘要】
一种双圆阵的方位-等效时延差被动定位方法
本专利技术涉及一种双圆阵的方位-等效时延差被动定位方法，属于目标被动定位领域。
技术介绍
根据采用信息的不同类型，双基阵被动定位技术可分为纯方位定位和方位-时延差定位方法。纯方位定位方法中，两基阵分别计算同一目标的方位角，利用三角关系估计距离，进而得到目标位置坐标。方位交叉定位适用范围广，但定位误差对方位精度十分敏感。方位-时延差定位方法是方位交叉定位的改进算法，利用了两阵列阵元之间的空间相干性。在相干性达到某一阈值时，性能较方位交叉定位算法精度更高。常规方位-时延差定位方法的定位原理为，如图1所示，已知两基阵所测目标方位角分别为θ1,θ2，时延差τ＝(R1-R2)C,其中R1,R2分别为目标到两阵列参考点的距离，C为声速，根据余弦定理，存在如下关系：将时延差公式代入，可得R1,R2的表达式分别为：传统方位-时延定位方法计算时延差信息时，仅利用了阵列参考位置处阵元接收数据，而未使用阵列全部阵元数据，这使时延差估计结果极易受噪声干扰，进而影响定位精度。而从阵列结构上来讲，如均匀圆阵这样的特殊阵列结构，进行时延差估计时，通常会在阵列圆心处增加一参考阵元，致使设备复杂性和系统成本大大增加。因此，提出一种双圆阵方位-等效时延差定位方法，本方法对阵列所有阵元接收数据均进行了有效利用，通过多阵元冗余信息优化时延估计结果，增强系统抗噪能力，结构上不需要增加多余参考阵元，而是发挥均匀圆阵的结构优势，计算等效时延差，以等效时延差代替传统时延差，能够有效提高时延估计精度，进而提高系统定位精度，降低设备复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种双圆阵的方位-等效时延差被动定位方法。本专利技术简化设备结构，充分利用均匀圆阵多阵元冗余信息计算等效时延差，优化时延估计结果，获得了较传统方位-时延差定位算法更高的定位精度。本专利技术的目的是这样实现的：步骤如下：步骤1，建立双阵定位空间模型，两均匀圆阵阵元数均为M，M为偶数，以圆阵圆心为阵列参考点，圆阵半径均为r，两参考点间距为D，以两参考点连线方向为x轴方向，连线垂线方向为y轴方向建立笛卡尔坐标系，两圆阵参考点坐标分别为(x1,y1),(x2,y2)，位于(xs,ys)坐标处的目标发出信号s(t)，第l个(l＝1,2)圆阵接收到的数据xl(t)为：xl(t)＝blal(θ)s(t-τl)+nl(t)有xl(t)＝[xl1(t),...,xlM(t)],nl(t)＝[nl1(t),...,nlM(t)],l＝1,2，式中，b1,b2为衰减系数，n1(t),n2(t)分别为两阵列的接收噪声矩阵，α1(θ),a2(θ)分别为两阵列方向矢量，τ1,τ2分别为目标到两圆阵参考点的时延：式中C为声速；步骤2，对两阵列接收数据x1(t),x2(t)，利用空间谱估计方法，分别计算目标相对两阵列参考点的方位角θ1,θ2；步骤3，利用均匀圆阵结构优势，计算双圆阵等效时延差，设目标到达圆阵1第i个阵元的时延为τi，目标到达圆阵2第j个阵元的时延为τj，定义阵元i与阵元j的时延差为：τij＝τi-τi(i,j＝1...M)时延差τij可由阵元i和阵元j接收数据x1i(t),x2j(t)，利用时延估计算法求得，而等效时延差为：式中，k为正负号标识，可确定；步骤4，选取方位角θ1,θ2和等效时延差τe对目标到阵元距离进行计算：若选用θ1,τe，则目标坐标(xs,ys)为：若选用θ2,τe，则目标坐标(xs,ys)为：本专利技术还包括这样一些结构特征：1.步骤2所述空间谱估计方法包括但不限于：常规波束形成、最小方差无畸变响应、多重信号分类和极大似然算法。2.步骤3所述时延估计算法包括但不限于：基于互相关的时延估计方法、基于相位谱的时延估计方法、自适应时延估计算法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)简化了阵列结构，避免在均匀圆阵中心增加参考阵元，节省成本；2)利用阵列冗余信息，提高时延估计精度，进而提高了目标定位精度。附图说明图1双阵定位空间模型示意图；图2圆阵结构分析示意图；图3时延估计精度随信噪比变化曲线；图4目标定位精度随信噪比变化曲线。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1，建立双阵定位空间模型，两均匀圆阵阵元数均为M(M为偶数)，令圆阵圆心为阵列参考点，圆阵半径均为r，两参考点间距为D，以两参考点连线方向为x轴方向，连线垂线方向为y轴方向建立笛卡尔坐标系，则两圆阵参考点坐标分别为(x1,y1),(x2,y2)，位于(xs,ys)坐标处的目标发出信号s(t)，第l个(l＝1,2)圆阵接收到的数据xl(t)可表示为：xl(t)＝blal(θ)s(t-τl)+nl(t)有xl(t)＝[xl1(t),...,xlM(t)],nl(t)＝[nl1(t),...,nlM(t)],l＝1,2,式中，b1,b2为衰减系数，n1(t),n2(t)分别为两阵列的接收噪声矩阵，α1(θ),a2(θ)分别为两阵列方向矢量，τ1,τ2分别为目标到两圆阵参考点的时延：式中C为声速；步骤2，对两阵列接收数据x1(t),x2(t)，利用空间谱估计方法，分别计算目标相对两阵列参考点的方位角θ1,θ2，所述空间谱估计方法包括但不限于，常规波束形成(CBF)、最小方差无畸变响应(MVDR)、多重信号分类(MUSIC)和极大似然算法等；步骤3，利用均匀圆阵结构优势，计算双圆阵等效时延差，设目标到达圆阵1第i个阵元的时延为τi，目标到达圆阵2第j个阵元的时延为τj，定义阵元i与阵元j的时延差为：τij＝τi-τi(i,j＝1...M)，时延差τij可由阵元i和阵元j接收数据x1i(t),x2j(t)，利用时延估计算法求得，所述时延估计算法包括但不限于，基于互相关的时延估计方法、基于相位谱的时延估计方法、自适应时延估计算法等；而等效时延差τe可根据如下公式获得：式中，k为正负号标识，可由下式确定：步骤4，将方位角θ1,θ2和等效时延差τe数值代入如下公式，可得两阵列参考位置分别到目标的距离R1R2：目标位置(xs,ys)可由如下公式确定：xs＝x1+R1cosθ1,ys＝y1+R1sinθ1xs＝x2+R2cosθ2,ys＝y2+R2sinθ2结合具体数值对本专利技术进行进一步描述：步骤1，双阵定位空间模型如图1所示，两均匀圆阵阵元数均为M(M为偶数)，令圆阵圆心为阵列参考点，圆阵半径均为r，两参考点间距为D，为简化模型，以阵元1参考点为原点，两参考点连线方向为x轴方向，连线垂线方向为y轴方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双圆阵的方位-等效时延差被动定位方法，其特征在于：步骤如下：/n步骤1，建立双阵定位空间模型，两均匀圆阵阵元数均为M，M为偶数，以圆阵圆心为阵列参考点，圆阵半径均为r，两参考点间距为D，以两参考点连线方向为x轴方向，连线垂线方向为y轴方向建立笛卡尔坐标系，两圆阵参考点坐标分别为(x

【技术特征摘要】
1.一种双圆阵的方位-等效时延差被动定位方法，其特征在于：步骤如下：
步骤1，建立双阵定位空间模型，两均匀圆阵阵元数均为M，M为偶数，以圆阵圆心为阵列参考点，圆阵半径均为r，两参考点间距为D，以两参考点连线方向为x轴方向，连线垂线方向为y轴方向建立笛卡尔坐标系，两圆阵参考点坐标分别为(x1,y1),(x2,y2)，位于(xs,ys)坐标处的目标发出信号s(t)，第l个(l＝1,2)圆阵接收到的数据xl(t)为：
xl(t)＝blal(θ)s(t-τl)+nl(t)
有xl(t)＝[xl1(t),...,xlM(t)],nl(t)＝[nl1(t),...,nlM(t)],l＝1,2，式中，b1,b2为衰减系数，n1(t),n2(t)分别为两阵列的接收噪声矩阵，α1(θ),a2(θ)分别为两阵列方向矢量，τ1,τ2分别为目标到两圆阵参考点的时延：



式中C为声速；
步骤2，对两阵列接收数据x1(t),x2(t)，利用空间谱估计方法，分别计算目标相对两阵列参考点的方位角θ1,θ2；
步骤3，利用均匀圆阵结构优势，计算双圆阵等...

【专利技术属性】
技术研发人员：时胜国，张旭，杨德森，朱中锐，方尔正，莫世奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23