[发明专利]一种基于分层投影和泰勒展开的多传感器多目标定位方法

说明书

技术领域

本发明属于多基地雷达系统中的多目标定位的技术领域，它特别涉及到传感器网络下多目标定位的技术领域。

背景技术

与单双站雷达相比，传感器网络可以从多个方位获取目标的多个延时信息，在侦察对抗领域，尤其是对于弱目标的探测具有很大的优势。利用这些延时构建非线性距离方程组，然后解算方程组，就可以在一个脉冲周期得到目标的位置。但是在多目标定位中，必须从各个传感器的多个延时中找到每个目标对应的延时，即完成回波与目标的关联，从而建立正确的距离方程组，这是一个非常复杂的任务。传统的时差定位方法是建立和求解所有可能的方程组，存在运算量大，不容易收敛以及如何准确提取目标的问题。基于成像策略的多目标定位算法(如双站距离空间投影定位算法)，利用成像算法，对空中目标进行探测与定位，不需要建立相应的时差方程组，因此可以解决回波关联，方程组解算复杂以及极易不收敛等问题，但是由于成像算法需要遍历空间的每一个像素点，以及空间分辨率不高，使得存在运算量大及定位精度有待提高的问题(详见“ShiTongyan,ZhangXiaoling,ShiJun.Multi-targetPositioningforSensorNetworkBasedonImagingStrategy,ComputationalProblem-solving(ICCP),2013IEEEInternationalConference,Oct.2013,pp.171-174”)。

发明内容：

为了克服双站距离空间投影定位算法的运算量大和定位精度有待提高的问题，本发明提出了一种基于分层投影和泰勒展开的多传感器多目标定位方法，其特点是先以较大的分辨率对观测区域进行栅格划分，利用双站距离空间投影定位得到粗糙的目标位置，再选取目标位置附近一定区域作为投影区域，然后以更小的分辨率划分观测区域，只在投影区域进行投影定位，分多层完成定位，在得到粗略的目标位置基础上对目标附近区域进行高精度成像，大大减少了投影定位算法的运算量，最后采用泰勒展开算法，对估计的目标位置进行修正，进一步提高了多目标定位的精度。

为了方便描述本发明的内容，作以下术语定义：

定义1、双站延时

从发射机发射信号时开始计时，当信号经由目标散射，并由接收机接收到信号时终止计时，这段时间即称为该目标对相应接收机的双站延时。双站延时可由GPS等时间同步系统得到。

定义2、双站距离

发射机到目标的距离与该目标到接收机的距离之和，即双站延时乘以光速所得到的距离，称为双站距离。

定义3、双站距离方程

由原理图附图1可知，目标位置为x，接收机数目为N，接收机位置为r_i(i＝1,2,…,N)，发射机位置为T，则信号从发射机经由目标到达第i个接收机的距离为

‖T-x‖₂+‖x-r_i‖₂＝v*τ_i

式中，v为光速，*为乘号，τ_i为信号从发射机经由目标到达第i个接收机的双站延时，‖·‖₂表示向量的2范数，i＝1,2,…,N，上式称为关于该目标的双站距离方程。

定义4、距离单元编号

在定位系统中，将雷达探测的距离划分成若干较小的单元并将其编号，雷达根据目标回波所在单元的编号计算目标与雷达间的距离。定位系统根据接收机对各目标的双站距离，结合距离向分辨率，可以得到各目标回波的量化编号，称为距离单元编号，量化时会进行取整，下文用round(*)表示对*进行四舍五入操作。

定义5、接收距离波门

信号从发射到接收的最短时间长度，雷达在大于这一时间长度时才对数据进行接收，这一最短时间长度即为接收时间波门。与接收时间波门对应的为接收距离波门，即接收时间波门乘以光速所得到的距离。

定义6、观测空间

观测空间指目标、杂波及噪声等所在的实际的三维场景空间。

定义7、笛卡尔坐标系

笛卡儿坐标系(Cartesian坐标系)，是一种正交的直角坐标系。二维笛卡儿坐标系由两条相互垂直的数轴构成，交点为0点。三维笛卡儿坐标系在二维笛卡儿坐标系的基础上根据右手定则增加第三维坐标而形成。

定义8、回波关联

回波关联指在多目标多雷达的定位中，需要分清各雷达的回波信号哪些是来源于同一目标的，并把属于同一目标的回波信号组合起来。

定义9、信噪比