[发明专利]联合角度、时延与多普勒信息的运动多站直接定位方法

说明书

本发明提供一种联合角度、时延与多普勒信息的运动多站直接定位方法。该方法包括：采集目标在K个时隙内辐射的无线电信号数据，得到目标的K个时隙的阵列信号时域数据；将阵列信号时域数据按时间顺序进行排列，得到高维阵列信号观测矢量；将高维阵列信号观测矢量传递至中心站；中心站接收每个运动观测站发送的高维阵列信号观测矢量；利用若干个高维阵列信号观测矢量建立联合估计目标位置参数、信号波形参数、以及信号复传播系数的最大似然估计准则；根据最大似然估计准则，建立仅关于目标位置参数的数学优化模型；根据所述数学优化模型，基于预设的Newton型迭代优化算法得到目标的位置矢量。本发明具有较快的收敛速度，无需网格搜索，可靠、运算高效。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，尤其涉及一种联合角度、时延与多普勒信息的运动多站直接定位方法。

背景技术

众所周知，无线电信号定位对于目标发现及其态势感知具有重要意义，其在通信信号侦察、电子信息对抗、无线电监测、遥测与导航等诸多工程科学领域具有广泛应用。根据观测站的数目进行划分可以将无线电信号定位体制分为单站定位和多站定位两大类，这两类定位体制各有其自身优势。具体来说，单站定位系统具有灵活性高、机动性好、系统简洁、无需信息同步和信息传输等优点，而多站定位系统则能够提供更多观测信息量，有助于获得更高定位精度。

传统的多站定位方法大多是两步估计模式，即先从目标辐射的信号数据中提取用于定位的观测量(例如到达角度(Direction of Arrival,DOA)、到达时差(TimeDifference of Arrival,TDOA)、到达频差(Frequency Difference of Arrival,FDOA)、能量增益比等)，然后再从上述观测量中获取目标的位置参数。虽然两步定位方式对通信传输带宽以及计算量的要求较为宽松，但是它难以达到最优估计，其原因主要在于两步定位中的第一步往往是各观测站利用采集到的信号数据独立地进行参数估计，没有充分挖掘各站采集数据间的相关性。

为避免两步定位的不足，另一种无线电信号定位方法——直接定位(DirectPosition Determination,DPD)引起了国内外著名学者(例如Weiss和Amar)的广泛关注。这种目标直接定位方式的基本思想是从原始信号采样中直接确定目标的位置信息，而无需估计其它中间观测量，因此也可称其为单步估计定位模式。在多站定位条件下，直接定位方法要求各个观测站的信号采集数据传递至中心站，中心站在信号数据域实现目标位置参数的直接估计，可以同时利用信号到达不同观测站的时延差信息以及同一观测站内不同天线的相位差信息。根据信息处理的理论可知以及现有研究均表明，单步直接定位方法比两步定位方法具有更高的定位精度，尤其在低信噪比条件下该优势更为明显。

除了信号的角度与时延信息，多普勒频率与目标和观测站的相对运动有关，因此多普勒频率也包含了目标的位置信息，有助于实现目标定位。基于运动多站观测平台，冯奇、曲长文等人针对运动多阵地无源定位系统中的异步观测场景，提出了基于角度信息的多站直接定位算法，通过多级搜索方式实现了目标的定位解算。然而，由于该算法在异步观测条件下实现，无法充分利用各站接收信号的相关性，定位精度受限。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种联合角度、时延与多普勒信息的运动多站直接定位方法，不仅能够克服传统的两步定位方法的缺点，而且与现有的直接定位方法相比，本发明对低信噪比具有更强的鲁棒性。

一方面，本发明提供一种联合角度、时延与多普勒信息的运动多站直接定位方法，主要包括以下步骤：

步骤1.1、采集目标在K个时隙内辐射的无线电信号数据，得到目标的K个时隙的阵列信号时域数据；

步骤1.2、将所述阵列信号时域数据按时间顺序进行排列，得到高维阵列信号观测矢量；

步骤1.3、将所述高维阵列信号观测矢量传递至中心站，以供中心站根据所述高维阵列信号观测矢量，对目标进行直接定位。