本发明专利技术属于目标定位技术领域，具体涉及一种三维空间发射站与移动目标联合定位。该场景下有多个发射站与接收站，且发射站位置未知，所以该定位方法包括目标与发射站的定位。可以利用多个发射站、目标与接收站之间的测量值联合起来，利用加权最小二乘的方法进行求解，从而实现发射站和目标位置的定位。本发明专利技术可以准确估计出目标与发射站的位置，方法简单，效果良好。良好。良好。
【技术实现步骤摘要】
一种三维空间中发射站与移动目标联合定位方法
[0001]本专利技术属于目标定位
，具体涉及一种发射站位置未知，三维空间发射站与移动目标联合定位方法。
技术介绍
[0002]无源定位包括基于发射站自身发射的信号和基于第三方发射站两种类型进行定位。无源定位由于不需要接收站自身发射信号，不太容易暴露自己，具有较强的安全性与反侦察能力。一般的无源定位都采用两步定位法，即先获得有关目标位置的一些参数，比如到达角(DOA)、到达时间差(TDOA)、到达频差(FDOA)等，然后再利用这些参数进行目标位置的解算。
[0003]在定位中，发射站的位置可能是不准确的，甚至是未知的。例如，当发射站位置随时间变化时，其位置可能不可靠或不能实时估计，或者发射站位于GPS无法提供位置估计的位置。针对发射站位置未知的场景，提出了一种发射站和目标位置的联合估计方法。该场景涉及了上述两种无源定位类型，首先估计发射站位置相当于是利用了发射站自身发射的信号，然后估计目标位置相当于利用第三方发射站进行目标定位。该方法通过接收目标反射第三方发射站的反射信号和发射站的直达波信号，利用多个发射站、目标与接收站之间的测量值，包括接收站相对于发射站的方位角、俯仰角，接收站接收到发射站的信号与另一接收站接收到发射站的信号之间的距离，接收站相对于目标的方位角、俯仰角，接收站接收到发射站的信号与接收站接收到发射站经目标反射的信号之间的距离等，将多个测量方程联合起来，利用加权最小二乘的方法进行求解，从而实现发射站和目标位置的定位。
[0004]相比于采用先估计发射端位置，再将发射端位置代入估计目标位置的连续估计法。显然联合估计考虑了参数相关性，因此具有更好的性能。
技术实现思路
[0005]针对上述问题，本专利技术提出了一种联合多个参数的三维空间定位方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]该场景下有多个发射站与接收站，且发射站位置未知，所以该定位方法包括目标与发射站的定位。可以利用多个发射站、目标与接收站之间的测量值联合求解，从而实现定位；定位包括以下步骤：
[0008]S1、接收机有M个，位置准确已知，分别位于假定有K部静止的发射站，但位置未知，假定位于目标位于u＝[x,y,z]T
。由该场景，可以获得以下的测量值：
[0009](1)、接收站m相对于发射站k的方位角为:
[0010][0011](2)、接收站m相对于发射站k的俯仰角为:
[0012][0013](3)、接收站m接收到发射站k的信号与接收站i接收到发射站k的信号之间的时差乘上光速归一化为距离差为：
[0014][0015](4)、接收站m相对于目标的方位角为：
[0016][0017](5)、接收站m相对于目标的俯仰角为：
[0018][0019](6)、接收站m接收到发射站k的信号与接收站m接收到发射站k经目标u反射的信号之间的时差乘上光速归一化为距离差为：
[0020][0021]其中，是各个测量值的噪声，分别服从方差为的零均值高斯分布。
[0022]S2、定义：
[0023]r
k
＝|u
‑
t
k
|
[0024][0025][0026]其中|
·
|代表取欧几里得距离，(
·
)
T
代表对括号内取转置。下面将上面矩阵中的元素表示出来(O
m
×
n
代表行为m行，列为n列的零矩阵)：
[0027][0028]其中：
[0029][0030][0031][0032]其中：
[0033][0034][0035]其中：
[0036][0037][0038][0039][0040]其中，
[0041][0042][0043][0044]其中，
[0045][0046][0047]其中，
[0048][0049][0050][0051][0052]其中，
[0053][0054][0055][0056]其中，
[0057][0058][0059][0060]其中，
[0061][0062][0063][0064][0065][0066][0067][0068][0069][0070]其中:
[0071][0072][0073][0074]其中：
[0075][0076][0077][0078][0079]其中:
[0080][0081][0082][0083]其中：
[0084][0085][0086][0087][0088]其中：
[0089][0090][0091][0092][0093][0094][0095][0096]其中，
[0097][0098][0099]其中：
[0100][0101][0102][0103][0104][0105][0106][0107][0108]由上述参数定义可以将测量方程组表示为：
[0109]Aζ＝b+ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)
[0110]S3、故伪线性方程组(25)的最小二乘解LS为：
[0111]ζ
LS
＝(A
T
A)
‑1A
T
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0112]其加权最小二乘解为
[0113][0114]这里，
[0115]Q
ε
＝E(εε
T
)＝CE(nn
T
)C
T
[0116]其中，E(
·
)代表取期望。
[0117]S4、下面对式(27)得出的结果进行解相关操作。在这里利用泰勒展开的解相关操作,式(1)到(6)可以组合写成：
[0118]θ＝f(u,t1,
…
,t
K
,r1,
…
r
K
)+n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0119]由泰勒展开为：
[0120][0121]又可以得到如下关系：
[0122][0123]利用加权最小二乘解得
[0124][0125]最终的目标与发射站位置可以表示为
[0126][0127]其中是加权最小二乘求出的中的第1～3+3K项。
[0128]本专利技术的有益效果为可以准确估计出目标与发射站的位置，估计误差能达到CRB界，方法简单，效果良好。
附图说明
[0129]图1为基于接收站相对于发射站的方位角误差变化的定位性能比较图；
[0130]图2为基于接收站相对于发射站的俯仰角误差变化的定位性能比较图；
[0131]图3为基于接收站接收到发射站的信号与另一接收站本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三维空间辐射源与移动目标的联合定位方法，采用多个发射站和接收站对移动目标定位，其中发射站有K个且位置未知，定义发射站的位置为接收站有M个且位置已知，接收站的位置为移动目标位于u＝[x,y,z]
T
；其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：S1、发射站发射信号后，接收站接收到发射站的信号以及移动目标对发射信号的反射信号，获得接收站m相对于发射站k的方位角接收站m相对于发射站k的俯仰角接收站m到发射站k与接收站i到发射站k的距离差接收站m相对于目标的方位角接收站m相对于目标的俯仰角接收站m到发射站k与接收站i到目标的距离差并且测量方程为：：：：：：其中，是各个测量值的噪声，分别服从方差为的零均值高斯分布；S2、定义：r
k
＝|u
‑
t
k
||
其中|
·
|代表取欧几里得距离，(
·
)
T
代表对括号内取转置，定义矩阵O
m
×
n
代表行为m行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表示出来为：行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表示出来为：行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表示出来为：行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表示出来为：行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表示出来为：行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表示出来为：行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表示出来为：行，列为n列的零矩阵，将矩阵A、b、ε中的元素表...
【专利技术属性】
技术研发人员：周瑶，李枫，许文杰，李万春，高林，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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