一种采用阵元级多基地数据融合的目标定位方法技术

本发明专利技术公开了一种采用阵元级多基地数据融合的目标定位方法，包括：步骤1：确定接收信号和参考取值；步骤2：构造包含所有可能目标的区域集合Φ；步骤3：任取p

【技术实现步骤摘要】
一种采用阵元级多基地数据融合的目标定位方法


[0001]本专利技术涉及一种采用阵元级多基地数据融合的目标定位方法，属于水下多基地声呐系统目标定位


技术介绍

[0002]多基地声呐系统使用分布于不同位置的单基地声呐系统实现目标的定位、识别与跟踪功能。相比于单基地系统，多基地系统面临直达声干扰和相位同步等问题。收发分置导致接收信号中存在直达波和目标散射回波且直达波能量往往强于散射回波。空域方法是一种有效的直达波抑制方法，如设置零陷和空域矩阵滤波。此类方法对阵元相位一致性要求较高，于是基于相位矫正的零点约束直达波已知方法可以提高算法对阵列相位误差的宽容性。
[0003]多基地系统中，往往存在信息冗余。信息融合技术可以利用各个基地中的冗余信息，降低定位误差，也可以更有效地实现目标跟踪任务。当环境和噪声的变化导致有时无法获得有效的测量信息时，可以利用高斯混合模型，进行多个基地的时延和方位信息融合，实现鲁棒的目标跟踪算法。
[0004]基地的位置是定位方程中的重要变量，影响着定位性能。各个基地的定位误差会对导致目标定位的显著误差，针对此问题，可以利用一个已知位置目标实现多基地定位校准，校准后的系统可以有效地提高多基地系统的定位性能。此外，还存在最优布站理论，其研究内容是通过分配各个基地的位置以使系统在某些方面达到更高的性能。
[0005]基于来波方位估计(Directon of Arrival，DOA)和来波时延估计(Time of Arrival，TOA)的定位算法是多基地定位中的基本算法。在此基础上，发展出了多种双基地定位算法。多种算法的估计结果进行了加权，往往可以得到更加准确的定位结果。这就是算法级的多基地数据融合方法。这种方法的通常做法是，利用不同的定位算法，如基于DOA和基于TOA的定位算法，实现目标定位，得到多个定位结果。在这些算法的定位结果基础上，对这些结果进行加权，设计一个权值，得到一个新的定位结果。只要权值设计合理，就可以使得新定位结果的定位误差低于单个算法的定位结果。
[0006]这种数据融合算法，是算法级的数据融合，其定位性能依赖于各个经典算法。而经典定位算法利用发射站和接收站的几何关系，构建位置方程，也成为定位方程。然后利用DOA或者TOA技术估计方位或时延，将参数代入定位方程并求解方程组。方程组的解即为目标位置。当存在多个目标时，定位方程的解数量通常多于真实的目标数量，这被称为定位模糊现象。定位模糊现象是定位方程存在多解的固有特性，只能通过如数据关联等技术排除虚假解。当无法排除虚假解时，将会使后续的数据融合算法出现错误结果。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种采用阵元级多基地数据融合的目标定位方法，不需要求解定位方程即可完成目标定位任务，双基地系统中目标定
位只需要一个步骤即可完成，只需要一个算法即可完成多基地声呐系统中的多目标定位任务，在多目标时，不存在定位模糊问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的一种采用阵元级多基地数据融合的目标定位方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：确定基地总数为K，每个基地均使用均匀线阵接收信号，阵元间距分别为d1，d2，
…
，d
K
，阵元数量分别为N1，N2，
…
，N
K
，每个基地阵列接收信号分别记为x1(t)，x2(t)，
…
，x
K
(t)；以第一个基地的第一个阵元为坐标原点，任取一方向为x轴，其法线为y轴，建立平面直角坐标系；以每个基地中第一个阵元的位置作为基地的位置，将每个基地的坐标分别记为p1，p2，
…
，p
K
；设每个基地发射信号中心频率为f，令w＝2πf；
[0010]步骤2：估计一个区域范围，使所述区域包含所有可能的目标的位置，使用集合的形式表示所述区间，则所述集合为stepx为x方向上步长，stepy为y方向上步长；
[0011]步骤3：任选p
a
∈Φ，计算τ
ka
＝||p
a
‑
p
k
||/c，其中，k＝1，2，
…
K，c为水中声速；
[0012]步骤4：进行阵元级数据融合，即构造多基地接收数据矩阵为
[0013]步骤5：构造多基地导向矢量A
Λa
；
[0014]步骤6：计算空间谱：采用波束形成算法计算空间谱P(p
a
)，其值为
[0015]步骤7：从Φ中删去元素p
a
，然后检查Φ是否为空集，若为空集，则执行步骤8，否则执行步骤3；
[0016]步骤8：寻找P(p
a
)峰值，并记录空间谱峰值的坐标，峰值的坐标即为目标的位置。
[0017]本专利技术还包括：
[0018]1.步骤5中构造多基地导向矢量A
Λa
具体为：
[0019]令其中l
ka
＝||p
a
‑
p
k
||；k＝1，2，
…
K；θ
ka
表示位置p
a
相对于第k个基地的方位角；a
k
(
·
)表示第k基地中阵列的阵列流型，且此处[
·
]H
表示对矩阵和向量的共轭转置计算；然后，计算矩阵于是，可以构造多基地导向矢量为
[0020]2.作为一种优选方案，采用高分辨空间谱估计计算空间谱P(p
a
)。
[0021]3.作为另一种优选方案，采用鲁棒空间谱估计计算空间谱P(p
a
)。
[0022]本专利技术的有益效果：本专利技术关注多基地声呐系统中的目标定位问题，不同于经典方法通过求解定位方程进行定位的流程，本专利技术提出了一种多基地的阵元级数据融合方法，该方法将多个基地的接收数据统一处理，充分利用了多基地声呐系统接收数据中的冗余信息。该方法不需要求解定位方程即可完成目标定位任务。本专利技术将多基地目标定位问题转换为空间谱估计问题，从而允许在多基地系统中使用空间谱估计算法完成目标定位。利用该方法，双基地系统中目标定位只需要一个步骤即可完成。在多目标时，不存在定位模糊问题。同时，通过本方法，还可以将空间谱估计算法用于多基地声呐系统的目标定位过程，在丰富了多基地声呐系统目标定位方法的同时，其中的鲁棒空间谱估计算法、高分辨空间谱估计算法等技术则可能提高多基地系统的定位性能。
[0023]本专利技术可以将空间谱估计算法用于多基地目标定位过程中，这将丰富多基地的目标定位方法。与基于DOA/TOA的经典定位算法相比，基于该方法的定位算法存在以下优点：
[0024](1)可以利用一个算法完成目标定位，而传统方法通常需要2
‑
3个独立的算法进行拼接；
[0025](2)可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用阵元级多基地数据融合的目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定基地总数为K，每个基地均使用均匀线阵接收信号，阵元间距分别为d1,d2,
…
,d
K
，阵元数量分别为N1,N2,
…
,N
K
,每个基地阵列接收信号分别记为x1(t),x2(t),
…
,x
K
(t)；以第一个基地的第一个阵元为坐标原点，任取一方向为x轴，其法线为y轴，建立平面直角坐标系；以每个基地中第一个阵元的位置作为基地的位置，将每个基地的坐标分别记为p1,p2,
…
,p
K
；设每个基地发射信号中心频率为f，令w＝2πf；步骤2：估计一个区域范围，使所述区域包含所有可能的目标的位置，使用集合的形式表示所述区间，则所述集合为stepx为x方向上步长，stepy为y方向上步长；步骤3：任选p
a
∈Φ，计算τ
ka
＝||p
a
‑
p
k
||/c，其中，k＝1,2,
…
K，c为水中声速；步骤4：进行阵元级数据融合，即构造多基地接收数据矩阵为步骤5：构造多基地导向矢量A
Λa
；步骤6：计算空间谱：采用波束形成算法计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀坤，王集，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：