基于角度测量的多站无源传感器目标定位方法技术

本发明专利技术提出了一种基于角度测量的多站无源传感器目标定位方法，实现步骤为：构建基于角度测量的目标定位场景；信息采集模块采集角度信息和传感器位置的观测值信息；信息处理模块构造伪线性观测矩阵和伪线性测量值向量；获取目标位置坐标的最小二乘估计值；计算方位角和俯仰角的总测量方差；计算权值矩阵；计算目标位置坐标的加权最小二乘估计值；对加权最小二乘估计值进行偏差补偿。本发明专利技术通过目标位置坐标的加权最小二乘估计值的估计偏差对加权最小二乘估计值进行偏差补偿，有效提升了目标的定位精度，且采用加权最小二乘估计目标位置坐标时既使用了角度测量误差，同时还考虑了传感器的自身定位误差，进一步提升了目标的定位精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
基于角度测量的多站无源传感器目标定位方法


[0001]本专利技术属于无源定位
，涉及一种多站无源传感器目标定位方法，具体涉及一种基于角度测量的多站无源传感器目标定位方法，可用于多站无源传感器基于角度测量的目标定位。

技术介绍

[0002]目标定位就是利用传感器对于目标的测量实现对目标位置的估计，其是信号处理领域中的一项非常重要的研究内容。根据传感器类型，目标定位方法可以分为有源定位技术和无源定位技术，其中由于无源传感器不向外界发射电磁波信号，因此具有隐蔽性好，抗干扰能力强等技术特点，成为近年来的一个研究热点。
[0003]无源定位技术依据传感器测量信息可以分为基于时差信息的目标定位、基于频域信息的目标定位和基于角度测量的目标定位，以及上述测量信息混合的目标定位。其中，基于时差信息的目标定位利用无源传感器接收信号的时间差实现目标定位，其需要接收系统的灵敏度高，并且要求目标辐射信号。基于频域信息的目标定位主要利用传感器对于目标的多普勒频率的测量完成目标的定位，但是其依赖信号本身的频率，对信号的适应能力较差。相比基于时差信息和频域信息的目标定位，其不要求目标自身辐射信号，并且通常具备测角功能的无源传感器尺寸较小，对于搭载平台的载荷能力低。随着光电平台、红外测角系统和无源雷达等具备测角功能的无源传感器的迅速发展，基于角度信息的目标定位方法在实际中也得到了广泛的应用。
[0004]定位精度是衡量定位算法的一个非常重要的指标之一，为了提升目标位置估计精度，基于角度测量的目标定位方法一方面要求角度测量的精确，另一方面，由于在目标位置计算过程中，使用了传感器位置测量，但传感器的位置是通过GPS等定位系统获取的，其存在一定的测量误差，因此，在基于角度测量的定位过程中的观测值通常存在角度测量误差和传感器的自身定位误差。常见的基于角度测量的目标定位方法有交叉定位算法、最小二乘算法和加权最小二乘算法。由于交叉定位算法和最小二乘算法在定位过程中未考虑测量误差，仅通过多个传感器的测量值构造关于目标位置的方程，然后进行解算，得到目标位置估计，因此，这两种算法得到的目标位置估计精度较差。加权最小二乘算法通过将角度测量方程伪线性化，得到关于目标位置的伪线性方程，然后求解伪线性方程得到目标位置估计，例如，申请公布号为CN109991572A，名称为“一种基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法”的专利申请，公开了一种基于角度测量的加权最小二乘算法的目标定位方法，该方法首先通过将角度测量方程伪线性化得到关于目标位置的伪线性方程，然后使用加权最小二乘算法求解方程得到目标位置估计，但是由于加权最小二乘算法所构造的伪线性方程中，伪线性观测矩阵和伪线性测量噪声向量是相关的，这将导致加权最小二乘算法所求解的目标位置估计值是存在偏差的，导致获得的目标位置估计定位精度较差。其次，由于该算法在求解过程中考虑了角度测量误差，因此，其定位精度相较交叉定位方法和最小二乘算法存在提升，但是由于其未考虑传感器的自身定位误差，当存在传感器自身定位误差时，其目标
定位精度会降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于角度测量的多站无源传感器目标定位方法，旨在提高基于角度量测下多站无源传感器目标位置估计的精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：
[0007](1)构建基于角度测量的目标定位场景：
[0008]构建分布在空间直角坐标系OXYZ中的目标定位系统和目标的目标定位场景，其中，目标定位系统包括基于角度测量的信息采集模块，以及信息处理模块；所述信息采集模块包括角度信息采集模块和位置信息采集模块；所述角度信息采集模块包括N个搭载在不同位置飞行平台上的无源传感器Z＝{z1,z2,
···
,z
n
,
···
,z
N
}，其中，N≥2，z
n
表示第n个无源传感器；
[0009](2)信息采集模块采集角度信息和传感器位置的观测值信息：
[0010]角度信息采集模块中的每个无源传感器z
n
采集目标的角度信息并将角度信息φ
n
发送至信息处理模块，同时位置信息采集模块采集每个无源传感器z
n
位置的观测值信息s
n
＝[x
sn
,y
sn
,z
sn
]T
，并将s
n
发送至信息处理模块，其中，θ
n
、分别表示z
n
采集的目标的方位角、俯仰角信息，[
·
]T
表示转置运算，x
sn
、y
sn
、z
sn
分别表示s
n
在空间直角坐标系OXYZ中X轴、Y轴、Z轴上的位置观测值分量；
[0011](3)信息处理模块构造伪线性观测矩阵和伪线性测量值向量：
[0012]信息处理模块根据角度信息φ
n
构造维度为2N
×
3的伪线性观测矩阵A，同时根据角度信息φ
n
和无源传感器z
n
位置的观测值信息s
n
构造维度为2N
×
1的伪线性测量值向量h：
[0013][0014]u
θ,n
＝[sinθ
n
,
‑
cosθ
n
,0]T
[0015][0016][0017]其中，A中的第2n行为第2n
‑
1行为h中的第2n个元素为第2n
‑
1个元素为
[0018](4)信息处理模块获取目标位置坐标的最小二乘估计值：
[0019]信息处理模块通过伪线性观测矩阵A的转置结果A
T
和伪线性测量值向量h对目标位置坐标p进行最小二乘估计，得到最小二乘估计值
[0020][0021]其中，分别表示目标在直角坐标系OXYZ中X轴、Y轴、Z轴上的位置估计值分量，(
·
)
‑1表示求逆运算；
[0022](5)信息处理模块计算方位角和俯仰角的总测量方差：
[0023](5a)信息处理模块计算目标位置坐标p的最小二乘估计值相对于每个无源传感器z
n
位置的观测值s
n
的斜距方位角和俯仰角并通过和s
n
计算方位角θ
n
和俯仰角关于每个无源传感器z
n
位置的观测值s
n
的方位角偏导向量b
θ,n
和俯仰角偏导向量
[0024](5b)信息处理模块根据方位角偏导向量b
θ,n
和俯仰角偏导向量计算方位角θ
n
和俯仰角的总测量方差和
[0025][0026][0027]其中，分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于角度测量多站无源传感器目标定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建基于角度测量的定位场景：构建分布在空间直角坐标系OXYZ中的目标定位系统和目标的目标定位场景，其中，目标定位系统包括信息采集模块和信息处理模块；所述信息采集模块包括角度信息采集模块和位置信息采集模块；所述角度信息采集模块包括N个搭载在不同位置飞行平台上的无源传感器Z＝{z1,z2,
···
,z
n
,
···
,z
N
}，其中，N≥2，z
n
表示第n个无源传感器；(2)信息采集模块采集角度信息和传感器位置的观测值信息：角度信息采集模块中的每个无源传感器z
n
采集目标的角度信息并将角度信息φ
n
发送至信息处理模块，同时位置信息采集模块采集每个无源传感器z
n
位置的观测值s
n
，并将s
n
发送至信息处理模块，其中：s
n
＝[x
sn
,y
sn
,z
sn
]
T
其中，θ
n
、分别表示z
n
采集的目标的方位角、俯仰角信息，[
·
]
T
表示转置运算，x
sn
、y
sn
、z
sn
分别表示s
n
在空间直角坐标系X轴、Y轴、Z轴上的分量；(3)信息处理模块构造伪线性观测矩阵和伪线性测量值向量：信息处理模块根据角度信息φ
n
构造维度为2N
×
3的伪线性观测矩阵A，同时根据角度信息φ
n
和无源传感器z
n
位置的观测值s
n
构造维度为2N
×
1的伪线性测量值向量h：u
θ,n
＝[sinθ
n
,
‑
cosθ
n
,0]
TT
其中，A中的第2n行为第2n
‑
1行为h中的第2n个元素为第2n
‑
1个元素为(4)信息处理模块获取目标位置坐标的最小二乘估计值：信息处理模块通过伪线性观测矩阵A的转置结果A
T
和伪线性测量值向量h对目标位置坐标p进行最小二乘估计，得到最小二乘估计值标p进行最小二乘估计，得到最小二乘估计值其中，分别表示目标在直角坐标系X轴、Y轴、Z轴上的坐标估计值，(
·
)
‑1表示求逆运算；(5)信息处理模块计算方位角和俯仰角的总测量方差：(5a)信息处理模块计算目标位置坐标p的最小二乘估计值相对于每个无源传感器z
n
位置的观测值s
n
的斜距方位角和俯仰角并通过和s
n
计算方位角θ
n
和俯仰角关于每个无源传感器z
n
位置的观测值s
n
的方位角偏导向量b
θ,n
和俯仰角偏导向量(5b)信息处理模块方位角偏导向量b
θ,n
和俯仰角偏导向量计算方位角θ
n
和俯仰角的总测量方差和
其中，分别为无源传感器z
n
的方位角测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周生华，王林海，王奥亚，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：