[发明专利]一种基于运动多站的高精度无源时差定位方法有效

专利信息
申请号: 201710173632.1 申请日: 2017-03-22
公开(公告)号: CN107300687B 公开(公告)日: 2020-06-16
发明(设计)人: 蒋伊琳;刘梦楠;郜丽鹏;赵忠凯;屈天开 申请(专利权)人: 哈尔滨工程大学
主分类号: G01S5/02 分类号: G01S5/02;G01S5/06;G01S5/16
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 运动 高精度 无源 时差 定位 方法
【说明书】:

发明属于无源探测技术领域,涉及一种对目标进行三维定位的基于运动多站的高精度无源时差定位方法。本发明包括:建立时差定位模型,分别确定主站与辅站的坐标位置;根据距离差是光速与时间差的乘积di1=cτi1,i=2,3,...,M,求出时差。将主站的坐标位置,各个辅站的坐标位置以及求得的时差构成时差观测矩阵,这里考虑时间误差对定位精度的影响,且噪声服从均值为0,方差为σ2的高斯分布。本发明引入CS算法中的智能搜索策略去解决时差定位系统中的非线性最优化问题的求解,避免了时差观测矩阵的运算量大,计算复杂度高的问题。本发明能够实现对辐射源位置的高精度估计,在不需要依赖初始目标位置的先验条件就能够快速逼近全局最优解,不易出现定位模糊以及无解的情况。

技术领域

本发明属于无源探测技术领域,涉及一种对目标进行三维定位的基于运动多站的高精度 无源时差定位方法。

背景技术

在电子对抗领域中无源定位技术具有重要的应用前景,引起了航海、航天、军事侦察、 全球卫星导航等各个领域的广泛关注。无源定位技术具有定位精度高、作用距离远、战场生 存能力强等特点,能够快速的实现对目标的精确定位与轨迹跟踪。无源定位系统本身不主动 辐射信号,而是通过对电磁波、红外线,电子干扰等信号的测量和参数提取完成对辐射源的 高精度定位。目前无源定位体制根据所采用的观测量分为多种,包括到达时间差定位技术 (Time difference of arrival,TDOA)、到达角定位技术(Angle ofarrival,AOA)、到达时间 (Time of arrival,TOA)定位技术、多普勒差定位技术(Frequencydifference of arrival,FDOA) 和一些联合定位技术。而无源时差定位方法以较低的定位成本、较高的定位精度和快速的组 网能力等优点成为了一种经典定位体制。时差定位又称反“罗兰”定位,利用已知位置的基站 接收未知位置的辐射源发出的信号从而完成目标的侦测与识别。由于时差定位方法中所求得 的时差观测矩阵为一个高度非线性方程组,存在运算量大、计算复杂度高、定位结果面临陷 入局部最优等问题。针对上述问题,传统的解决方法主要分为搜索法、解析法和迭代法。搜 索法是在规定搜索区域遍历所有待估计的目标位置,搜索策略较为盲目且具有较大的计算量, 且容易陷入局部最优值。解析法的特点是计算量小,且定位精度较高,当站址布局一定的条 件下容易出现模糊解或无解的情况。常用的迭代法为牛顿迭代法,当初是估计目标位置与真 实位置接近的时候具有较高的定位精度,否则算法可能不收敛。

目前,很多学者提出了实现高精度目标定位的方法,例如翟彦蓉(传感器与微系统,2013 年第32卷第4期,改进粒子群优化算法在TDOA定位中的应用)提出了将优化后的粒子群 算法应用于时差定位系统中的非线性最优化问题,在初始参数设置合理的情况下该方法能够 逼近全局最优解。虽然该方法为了避免陷入局部最优值而引入了禁忌搜索策略,但是并不能 够同时保障种群的多样性以及算法的收敛速度,该方法依然面临陷入局部最优解的可能。李 志刚(火力与指挥控制,2014年第39卷第7期,存在随机站址误差时的最大似然时差定位 算法)采用了最大似然法实现目标位置估计,其定位性能可以达到克拉美罗下限,但是需要 知道观测误差的概率密度分布,而这一条件在实际应用中较难获取,该方法面临着一定的局 限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以解决现有时差定位技术中定位精度较差、定位结果易出现 模糊解或无解以及非线性系统中目标最优化的问题的基于运动多站的高精度无源时差定位方 法。

本发明的目的是这样实现的:

(1)建立时差定位模型,分别确定主站与辅站的坐标位置。计算目标与各个基站的真实 距离di,i=1,2,...,M,得出目标与主站之间的距离d1以及目标与辅站之间的距离di,(i≠1),M 个基站可以形成M-1组距离差di1,(i≠1)。

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