[发明专利]融合AOA观测量与TDOA观测量的无源定位方法

说明书

本发明公开的一种融合AOA观测量与TDOA观测量的无源定位方法，旨在提供一种具有更高的估计精度和运算效率的外辐射源无源定位方法。本发明通过下述技术方案实现：针对某个特定的外辐射源，无源定位解算单元依次接收协同主站与每个协同辅站对其达到角AOA的测量值，以及各传感器的位置参数；建立外辐射源位置向量与每个AOA测量值及对应协同平台位置向量之间的近似线性关系，并求取近似误差与AOA测量噪声及对应协同平台位置偏差之间的关系；选择外辐射源位置向量以及外辐射源与协同主站之间的距离为估计参数向量，构造最小二乘模型并求解该估计参数向量和另一最小二乘模型，修正估计出外辐射源位置向量，并确定外辐射源位置最终定位值。

技术领域

本发明涉及外辐射源无源定位技术，尤其是联合达到角(Angle Of Arrival，AOA)和到达时差(Time Difference Of Arrival，TDOA)的定位方法，其涉及技术也适应于水下目标无源定位、室内定位、通信网络节点定位等其他无源定位问题。本发明所涉及的外辐射源联合定位闭合解方法是一种融合AOA观测量与TDOA观测量的无源定位方法。

背景技术

外辐射源大多数为空中已存在的分布普遍的军民用信号，可用的资源较多；辐射源分布广泛且发射功率强，便于开展多站定位；不容易受到敌方干扰，具有很强的抗干扰能力；信号形式具有灵活多变的特性。外辐射源无源定位技术指的是利用目标自身所辐射的信号进行定位的技术。即无源定位系统通过接收这些外辐射源信号的直达波信号，测量它们的多普勒频移信息、AOA信息以及到TDOA信息等，然后经高速处理机处理和运算，实现对目标的探测和定位。针对某一外源辐射源，多平台协同无源定位系统通常可以采用基于AOA的定位体制、基于TDOA的定位体制，以及基于AOA-TDOA联合定位体制。由于外辐射源位置与各种观测量均成非线性关系，因此无源定位问题不是一个平凡问题。近年来涌现了多种算法试图解决此问题，如基于泰勒展开的迭代定位方法、半正定规划定位方法以及闭合解定位方法等。虽然闭合解定位方法的定位精度容易受到协同平台位置误差(即传感器位置误差)的影响，但是由于其具有不需要外辐射源位置的先验知识且回避了迭代定位方法常常遇到的迭代发散问题以及相比半正定规划定位方法而言计算量少的优点，因而近年来备受关注。

传统的基于AOA观测量的闭合解定位方法通常不是无偏估计方法，并且传统的基于TDOA观测量的闭合解定位方法完成一次定位任务至少需要五架协同平台参与，因此这些基于单一观测量的定位体制往往在实战中应用受限。此外，目前大多数研究涉及的基于AOA-TDOA的外辐射源无源定位闭合解方法通常都忽略了协同平台位置误差对定位精度所造成的影响。因此，传统的基于AOA与TDOA观测量的无源定位闭合解方法往往定位效果不佳，达不到要求。随着辐射源数量和密度的剧增，对无源定位系统的分辨和精度提出了更高的要求。另外，越来越复杂的使用环境使原有的无源定位系统工作状态不稳定，性能下降甚至难以定位。目前，现有的无源定位系统模式是难以解决这些问题，而且现有的无源定位系统体制难以在越来越复杂的电磁环境中正常工作。

本发明同样将焦点聚焦于基于AOA-TDOA的外辐射源无源定位闭合解方法。

发明内容

本发明针对上述基于AOA-TDOA的外辐射源无源定位闭合解方法常常忽视协同平台位置误差的问题，提出一种具有更高的估计精度和运算效率，兼顾平台位置不确定性以及保持代数闭合解框架不变的外辐射源无源定位方法，能使得协同定位精度在满足使用需求的同时能大幅减少我方参与定位的平台数目。