基于加权最小二乘估算来确定地球上的发射器的地理位置解制造技术

各实施例提供了用于基于加权最小二乘估算来确定地球上的发射器的地理位置的系统和方法，该加权最小二乘估算基于两个ＴＤＯＡ和两个ＦＤＯＡ测量，这两个ＴＤＯＡ和两个ＦＤＯＡ测量都无须被同时获取。确定这四个ＴＤＯＡ和ＦＤＯＡ测量和每一测量中的误差。确定ＴＤＯＡ和ＦＤＯＡ测量中的误差的权重，且将这些权重应用于加权误差函数。这些权重解决了测量中的误差和卫星位置和速度中的误差，且取决于局部化几何结构。最小化该加权误差函数来确定未知发射器的位置估算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于加权最小二乘估算来确定地球上的发射器的地理位置解
技术介绍
1. 专利
本专利技术涉及基于卫星信号的测量来确定未知发射器的地理位置。2. 相关技术描述图1示出地理位置情形100，其中地球的表面101上的发射器110可以使用二个卫星S,、 S2和S3来定位。卫星S卜S2和S3相对于地球具有非零速度。未 知发射器110送出信号112且该信号由卫星S,、 S2和S3接收。卫星S,、 S2和S3将信号U4分程传送给地面站120或其它观察点。地面站120计算信号112从发射器110通过主卫星Sl到地面站120与信 1'， 112从发射器110通过另一卫星S2到地面站120之间的到达时间差(TDOA)， 其被表示为"21。类似地，还测量信号112从发射器110通过第一卫星s,到地 面站120与信号112从发射器110通过第三卫星s3到地面站120的TDOA，其从TDOA测量和在TDOA测量中使用的两个卫星的位置，可以导出定义 发射器110的可能位置的三维曲面。地面站120并不精确知道卫星的位置和速 度。使用其位置已被确切知道的固定基准发射器130来减小在地面站120方面 的卫星的位置和速度误差对发射器110位置估算的影响。此领域之前的理论工作，如作为参考整体合并于此的K. C. Ho和Y. T. Chan 的"Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements (根据TDOA和FDOA测量对已知海拔高度对象的地理定位)"， IEEE航空航天与电子系统汇刊，33巻，770-783页，1997年7月("Ho和 Chan")，示出了如何通过在地球表面上寻找两条TDOA曲线的交点来估算 发射器110的位置。然而，从两个TDOA测量寻找发射器110的位置的当前技 术假设两个TDOA信号是被同时获取的。在实践中，情况通常并不如此或甚至是不可能的。例如，设备的技术限制，包括地面站120的接收天线的孔径中的 限制，可能阻止同时获取两个测量。同样，在某些情况下，不是卫星s,、 S2和S3中的所有三个都能够在同一时刻观察到来自发射器110的同一信号。另选地，可以通过地面站120处的接收信号114中的多普勒频移的测量来寻找未知发射器110的位置。因为卫星S,、S2和S3具有相对于地球的非零速度， 所以通过，.星S,、 S2和S3分程传送的地面站120处的接收信号114将经受多普 勒频移。这造成了通过卫星对s,和s2分程传送的信号112的到达频率差 (FDOA)，其被表示为/21，以及通过卫星对s,和53分程传送的信号112的 FDOA，其被表示为/3|。从FDOA测量和在FDOA测量中使用的两个卫星的 位置，可以导出定义发射器UO的可能位置的三维曲面。同样，地面站120并 不精确知道卫星的位置和速度。使用其位置已被确切知道的固定基准发射器 130来减小在地面站120方面的卫星的位置和速度误差在发射器110位置的估 算中的影响。发射器110的位置可以通过在地球表面上寻找两条FDOA曲线的 交点来估算。再另选地，某些人建议可以通过使用一个TDOA测量和一个FDOA测量 來寻找未知发射器110的位置。然而，这些解决方案要求生成TDOA和FDOA 测量的信号被同时获取且它们来自相同的卫星对。在实践中通常不满足这些条件。因此，存在对更准确地确定发射器的位置的系统和方法的需要。还存在在 来自不同卫星的信号是在不同时刻获取的情况下准确地确定发射器的位置的需要。概述本专利技术的各实施例提供无论来自不同卫星的信号是否在不同时刻获取都 基于加权最小二乘估算使用四个TDOA和FDOA测量来确定地球上的发射器 的地理位置的系统和方法。确定该四个TDOA和FDOA测量和每--测量中的 误差。确定TDOA和FDOA测量中的误差的权重，且将这些权重应用于加权 误差函数。最小化该加权误差函数来确定未知发射器的位置估算。在一个实施例中，TDOA和FDOA测量中的误差的权重取决于发射器位 置。例如，通过使用TDOA — FDOA解来作出发射器位置的估算。通过最小化 该加权误差函数来寻找对发射器位置的更准确的估算。可以迭代该过程直到发 射器位置的估算不再改变为止。本专利技术具有各种实施例，包括作为计算机实现的过程、作为计算机装置、 以及作为在通用或专用处理器上执行的计算机程序产品。本概述以及以下详细 描述中所描述的特征和优点并不包括一切。考虑到附图、详细描述、以及权利 要求，许多额外特征和优点将对本领域的普通技术人员是显而易见的。附图说明图1示出其中具有未知位置的发射器发射通过三颗不同的卫星 在地面站处被接收的信号的地理位置场景。图2示出根据一个实施例的TDOA曲线的形状的示例，该TDOA是从信 号从发射器通过主卫星Sl到地面站与该信号从发射器通过另一卫星s2到地面 站之间的到达时间差中导出的。图3A示出了根据一个实施例的两条TDOA曲线在地球表面上的交点。图3B示出了根据一个实施例的两条TDOA曲线和两条FDOA曲线的示 例交点，其中每一条曲线是无噪声的。阁3C示出了根据一个实施例的将实际发射器位置与两条TDOA曲线和两 条FDOA曲线的交点进行比较的示例，其中每一条曲线包括噪声。图4是根据一个实施例的估算未知发射器的位置的方法的流程图。各附阁仅出于说明目的来描述本专利技术的各实施例。本领域的技术人员将容 易地从以下讨论中认识到，可以在不背离此处所述的本专利技术的原则的情况下采 用此处所示的结构和方法的替换实施例。各实施例的详细描述图1示出其中具有未知位置的发射器110发射通过三颗不同的卫星在此处 被称为地面站120的观察者处被接收的信号112的地理位置场景100。如上所 述，卫星S。 S2和S3相对于地球具有非零速度。未知发射器110送出信号112 且该信号由卫星S,、 S2和S3接收。卫星S,、 S2和S3将信号114分程传送至地面站120。地面站120确定信号112从发射器110通过主卫星Sl到地面站120与信 号112从发射器110通过另一卫星S2到地面站120之间的到达时间差(TDOA)， 其被表示为c/2,。类似地，还测量信号112从发射器110通过第一卫星s,到地 面站120与信号112从发射器110通过第三卫星s3到地面站120的TDOA，其 被表示为4卜注意，获得^2|和"31的信号114不是在同一时刻获取的，从而 导致对应于d2l和c/3l的卫星的位置不是相同的。如以上还描述的，因为卫星S,、 S2和S3相对于地球具有非零速度，所以通过卫足s,、 &和s3分程传送的、在地面站120处的接收信号114将经受多普勒 频移。这造成了通过卫星对s,和52分程传送的信号112的到达频率差(FDOA)， 其被表示为/2|，以及通过卫星对s,和S3分程传送的信号112的FDOA，其表 示称为/31。从FDOA测量和FDOA测量中使用的两个卫星的位置中，可以导 出定义发射器110的可能位置的三维曲面。同样，地面站120并不精确知道卫 星的位置和速度。使用其位置已被确切知道的固定基准发射器来减小卫星的位 置和速度误差在发射器位置的估算中的影响。在此框架中，TDOA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从各自来自不同时间的两个到达时间差测量和两个到达频率差测量中确定发射器的地理位置的方法，所述方法包括：　确定从所述发射器通过第一卫星分程传送的第一信号与通过第二卫星分程传送的所述第一信号之间的第一到达时间差，其中所述第一信号是在第 一时间接收的；　确定从发射器通过所述第一卫星分程传送的第二信号与通过第三卫星分程传送的所述第二信号之间的第二到达时间差，其中所述第二信号是在第二时间接收的，所述第二时间与所述第一时间不同；　确定通过所述第一卫星分程传送的第三信号 与通过所述第二卫星分程传送的所述第三信号之间的第一到达频率差，其中所述第三信号是在第三时间接收的，所述第三时间与所述第一时间和所述第二时间不同；　确定通过所述第一卫星分程传送的第四信号与通过所述第三卫星分程传送的所述第四信号之间的第二 到达频率差，其中所述第四信号是在第四时间接收的，所述第四时间与所述第一时间、所述第二时间、以及所述第三时间不同；　确定所述第一到达时间差中的第一误差；　确定所述第二到达时间差中的第二误差；　确定所述第一到达频率差中的第三误 差；　确定所述第二到达频率差中的第四误差；　确定所述第一误差的第一权重；　确定所述第二误差的第二权重；　确定所述第三误差的第三权重；　确定所述第四误差的第四权重；以及　基于应用于所述第一误差的平方的所述第 一权重、应用于所述第二误差的平方的所述第二权重、应用于所述第三误差的平方的所述第三权重、以及应用于所述第四误差的平方的所述第四权重的组合来最小化加权误差函数以确定所述发射器的地理位置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DKC何，JC楚，ML唐尼，
申请(专利权)人：长联通讯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]