基于数据补偿的TDOA定位方法技术

本发明专利技术提出了一种基于数据补偿的TDOA定位方法，解决由于传感器节点的非共视接收到非合作辐射源的信号，导致该时刻非合作辐射源位置的丢失和测量数据利用率下降的问题。本发明专利技术的步骤是：获取时差数据从而生成时差矩阵；继而判断历史时刻辐射源是否满足共视条件；针对不满足共视条件的时刻对其附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合，利用多项式拟合后的到达时间差TDOA值补充丢失的TDOA值，构建满秩TDOA测量方程，计算非共视时刻辐射源位置。本发明专利技术在提高非合作辐射源的TDOA数据的利用率的同时提高了非合作辐射源的定位率。辐射源的定位率。辐射源的定位率。

【技术实现步骤摘要】
基于数据补偿的TDOA定位方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中一种基于数据补偿的到达时间差TDOA(Time Difference of Arrival)定位方法。本专利技术可用于针对发射连续信号的非合作辐射源，特别是关于基于数据补偿TDOA定位方法。

技术介绍

[0002]随着移动通信技术的迅速发展，电磁频谱信号源定位技术已经成为下一代移动通信系统所必须具备的功能。近年来，研究结果表明，由于电磁频谱监测工作多是对信号的被动无源监测，无法实现对被监测目标的控制，因此监测目标和监测节点之间无法实现严格时钟同步。而TDOA定位方法只要求实现监测节点之间的时钟同步，可适用于蜂窝网、无线传感器网络等多种类型网络。且该定位方法由于应用成本低、定位精度较高，因而受到广泛关注，并在3GPP中被确定为一种标准的定位方法。
[0003]TDOA定位方法由两个步骤组成：一、估计无线电信号在空中的传播时间延迟差；二、采用该时延差计算目标节点的位置。时间延迟差简称时延差，即TDOA，是指由于被监测目标所发射无线电信号到达不同监测节点的传播距离不同，不同监测节点所接收到的同源信号之间的时间差。时间延迟差估计是指利用参数估计和信号处理的理论和方法，根据所接收到的监测信号，准确、快速地估计出不同监测节点之间由于监测信号传播路径不同而引起的时间延迟差。由此进一步确定其他相关的目标参量，例如目标节点的距离、方位角、运动方向和速度等。网络定位正是利用时间延迟差来计算目标节点和监测节点的距离差，因此准确、快速地估计时间延迟差是网络定位的前提。
[0004]时延差估计技术是近十多年来发展起来的新技术，其在实际工程中的应用引起了人们的极大的关注。在国外，时延差估计技术已在军事、地球物理、生物医学和工业过程的领域得到了广泛的应用。在国内，时延差估计技术也在被动定位和跟踪
开始应用。目前可供选择的时间延迟差估计算法有多种，如：基本相关法，广义相关函数GCC法，广义相位谱法，自适应LMS滤波器法等。
[0005]实际应用中，由于目标非合作、障碍物遮挡等原因，无法收到所有来自辐射源的信号，造成信号的丢失。而传统的观测量要求多个传感器节点都能收到同一段信号，信号的丢失会导致传统观测量减少，从而影响定位精度或无法定位。由于某些传感器节点的非共视不能接收到非合作辐射源的信号，导致该时刻非合作辐射源位置的丢失和测量数据利用率的下降。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种基于数据补偿的TDOA定位方法，旨在解决由于某些传感器节点的非共视不能接收到非合作辐射源的信号而导致该时刻非合作辐射源位置的丢失和测量数据利用率的下降的问题。
[0007]为实现上述目的的思路是，本专利技术针对不满足共视条件的时刻对其附近连续多个
时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合——利用多项式拟合后的到达时间差TDOA值补充丢失时刻的TDOA值——将补充的TDOA值和实际测得的未能利用的TDOA值构建满秩测量方程，计算出丢失TDOA时刻非合作辐射源位置。该思路对非合作辐射源丢失的TDOA值进行补偿，从而求出丢失的非合作辐射源的位置。补充的TDOA值能够和实际测得的未能利用的TDOA值构建满秩测量方程，从而提高了测量数据的利用率。
[0008]本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0009]步骤1，获取时差数据：
[0010]步骤1.1，在M个传感器节点中任选1个节点作为主站，其他的节点作为辅站，其中，M≥4；
[0011]步骤1.2，利用到达时间差公式，计算待定位目标辐射的电磁波到达主站和其他每个辅站的到达时间差TDOA值；若由于辐射源信号在某个时刻到达主站或辅站的信号丢失导致TDOA值不可计算，则用一个不可能得到的TDOA异常值10s来表示；
[0012]步骤1.3，将所有到达时间差TDOA值生成一个时差矩阵，该矩阵的行数代表传感器的总数
–
1，列数代表时刻的总数，每一个元素值代表对应时刻的相应传感器节点对所测得的TDOA值；
[0013]步骤2，生成不可定位辐射源矩阵：
[0014]将时差矩阵中满足共视条件的时刻作为可定位辐射源矩阵；不满足共视条件的时刻作为不可定位辐射源矩阵；
[0015]步骤3，拟合TDOA值：
[0016]步骤3.1，针对不满足共视条件的时刻对其附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合；
[0017]步骤3.2，将时差矩阵中异常值所在行除异常值之外的每一时刻值与其对应时刻的TDOA值，输入到matlab多项式拟合函数中，得到拟合后的TDOA值；
[0018]步骤4，利用下式，计算每个时刻的TDOA异常值的补偿值：
[0019][0020]其中，TDOA
k
表示第k个时刻的TDOA补偿值，TDOA
k
‑1表示第k
‑
1个时刻的TDOA值，TDOA
n
表示第n个时刻的TDOA值，n＞k；
[0021]步骤5，计算非共视时刻下的辐射源的位置：
[0022]将TDOA补偿值与不可定位辐射源矩阵中的TDOA值输入到满秩测量方程中计算辐射源的位置。
[0023]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0024]第一，由于本专利技术针对不满足共视条件的时刻对其附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合，利用多项式拟合后的到达时间差TDOA值补充丢失时刻的TDOA值，克服了现有技术非合作辐射源TDOA参数的丢失导致该时刻非合作辐射源位置的丢失的不足，使得本专利技术提高了非合作辐射源的定位率。
[0025]第二，由于本专利技术补充的TDOA定位参数能够和实际测得的未能利用的TDOA值构建满秩测量方程，克服了现有技术非合作辐射源TDOA参数的丢失导致的测量数据利用率的下降的不足，使得本专利技术提高了非合作辐射源的TDOA利用率，从而使我们补偿得到的丢失时
刻非合作辐射源位置更精确。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的流程图；
[0027]图2为本专利技术TDOA参数丢失率为0.2时的目标真实轨迹、原始定位结果和补充丢失点后的结果图；
[0028]图3为本专利技术TDOA参数不同丢失率下的未补偿轨迹定位率、有参数时刻进行轨迹补偿定位率和和无参数时刻补偿轨迹定位率的变化趋势图；
[0029]图4为本专利技术TDOA参数丢失率为0.2时补充丢失点后的轨迹与真实轨迹的RMSE和中断固定定位结果与真实轨迹的RMSE结果图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。
[0031]参照图1，对本专利技术实施例的实现步骤作进一步的描述。
[0032]步骤1，获取时差数据
[0033]步骤1.1，在M个传感器节点中任选1个节点作为主站，其他的节点作为辅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据补偿的TDOA定位方法，其特征在于，对不满足共视条件的时刻附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合，利用多项式拟合后的到达时间差TDOA值补充丢失的TDOA值；该定位方法的步骤包括如下：步骤1，获取时差数据：步骤1.1，在M个传感器节点中任选1个节点作为主站，其他的节点作为辅站，其中，M≥4；步骤1.2，利用到达时间差公式，计算待定位目标辐射的电磁波到达主站和其他每个辅站的到达时间差TDOA值；若由于辐射源信号在某个时刻到达主站或辅站的信号丢失导致TDOA值不可计算，则用一个不可能得到的TDOA异常值10s来表示；步骤1.3，将所有到达时间差TDOA值生成一个时差矩阵，该矩阵的行数代表传感器的总数
–
1，列数代表时刻的总数，每一个元素值代表对应时刻的相应传感器节点对所测得的TDOA值；步骤2，生成不可定位辐射源矩阵：将时差矩阵中满足共视条件的时刻作为可定位辐射源矩阵；不满足共视条件的时刻作为不可定位辐射源矩阵；步骤3，拟合TDOA值：步骤3.1，针对不满足共视条件的时刻对其附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合；步骤3.2，将时差矩阵中异常值所在行除异常值之外的每一时刻值与其对应时刻的TDOA值，输入到matlab多项式拟合函数中，得到拟合后的TDOA值；步骤4，利用下式，计算每个时刻的TDOA异常...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝本建，张亚洲，赵越，赵曼，李赞，张佳雯，陈小军，司江勃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：