[发明专利]运动观测站误差下外辐射源雷达时差与频差协同定位方法

说明书

本发明公开了运动观测站误差下外辐射源雷达时差与频差协同定位方法。本发明针对运动观测站位置和速度存在误差的情况下的外辐射源定位问题，根据获得的TDOA和FDOA量测，引入距离和距离变化率作为中间变量将强非线性方程伪线性化，建立目标位置和速度的估计模型。根据量测误差方差、观测站位置和速度误差设计优化权重，采用迭代加权最小二乘法进行估计。并利用中间变量与目标位置和速度之间的关联性构造关联最小二乘估计模型，改进上述目标位置估计结果。本发明引入中间变量，合理将非线性量测模型转化为伪线性，在保证估计性能的前提下降低外辐射源定位的复杂度；降低观测站误差对目标定位性能的影响。

技术领域

本发明属于雷达数据处理领域，具体涉及一种运动观测站误差下外辐射源雷达TDOA/FDOA协同定位方法。

背景技术

外辐射源雷达不主动发射信号，依靠第三方辐射源(如电视广播信号、电视信号、手机信号、卫星导航信号等)探测目标，具有隐蔽性好、探测低空与超低空目标、低成本、抗干扰能力强等特点。外辐射源雷达接收站(观测站)接收发射源直达波信号和经目标散射的回波信号，通过信号处理得到目标到达角度(DOA)、到达时差(TDOA)和到达频差(FDOA)的量测信息。外辐射源雷达系统作为一种双/多基地结构的传感器组网系统，通过对量测值进行数据融合处理，实现目标无源定位。对于运动目标，通常联合TDOA和FDOA获得目标的位置和速度估计。

目前，现有联合TDOA/FDOA的定位算法主要针对目标辐射源定位系统，基于外辐射源的TDOA/FDOA定位算法研究较少。赵勇胜等针对单站外辐射源提出一种基于极大似然估计的TDOA/FDOA联合定位算法，上述外辐射源TDOA/FDOA定位问题未考虑观测站位置和速度存在误差的情况，而实际问题中观测站常常被安装在卫星、飞机、舰艇或地面车辆等运动平台上，尽管可由定位平台上的导航系统获得接收机位置，但是仍不可避免的含有随机误差。忽视误差的影响会导致目标定位估计性能严重下降，甚至产生虚假目标。因此，外辐射源TDOA/FDOA联合定位和误差校正是外辐射源雷达系统数据处理的一项关键技术。

发明内容

本发明考虑观测站位置和速度误差的影响，针对多发单收外辐射源雷达网TDOA/FDOA定位问题，提出了一种基于两步迭代加权最小二乘估计算法，通过估计运动目标状态(位置和速度)，实现观测站位置误差的校正和运动目标精确定位。

本发明方法的具体步骤是：

步骤1.外辐射源雷达观测站(观测站)接收来自目标散射第三方辐射源发射的信号，得到目标TDOA和FDOA的量测信息；

步骤2.忽略量测噪声和观测站位置以及速度误差的影响，对TDOA量测信息，构造辅助变量R_P，将TDOA非线性量测方程转化为伪线性估计方程；

步骤3.忽略量测噪声、观测站位置误差和观测站速度误差的影响，对TDOA伪线性方程对时间求导，构造辅助变量R_P和获得FDOA的伪线性估计方程；

步骤4.联立TDOA和FDOA伪线性估计方程，选择运动目标状态为估计向量X，构造线性估计方程Z＝HX；

步骤5.考虑量测误差和观测站位置误差对系数矩阵H和Z的影响，构造线性方程ε₁＝Z₁-H₁X₁＝A₁n+B₁ΔS_r；

步骤6.根据观测站位置和速度误差、TDOA和FDOA量测误差设计权重W₁，采用加权最小二乘估计算法得到目标位置X_WLS＝(H₁^TW₁H₁)^-1H₁^TW₁Z₁；