[发明专利]利用一维测向确定目标三维坐标的凸优化方法

说明书

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种利用一维测向确定目标三维坐标的凸优化方法。本发明的目的在于针对基于一维测向的三维定位的背景技术中非线性最小二乘方法需要三维搜索、伪线性最小二乘方法需要不少于6个观测站的问题，通过将基于一维测向的三维定位问题转化为凸问题，从而利用变量之间的非线性约束关系，不仅在提高定位精度的同时，避免了三维坐标搜索，提高了定位的实时性，还在少于6个的观测站的情况下，利用一维测向结果和线阵自身的方位测量实现了对目标的三维定位。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种通过多个观测站对目标的一维测向来确定目标三维坐标的凸优化方法。

背景技术

无线电定位技术根据所利用的信号参数测量，可分为测距定位、测向定位以及测频定位等，其中测向定位方法由于测向所需时间短，定位所需的计算量少等特性，在无线电定位等领域的应用十分广泛。

在常用的测向定位系统中，每个观测站利用线阵或面阵分别对目标进行一维测向或二维测向，然后结合观测站的地理坐标进行交叉定位，计算目标位置的二维坐标或三维坐标。但是，同时测量目标方位角和俯仰角的面阵测向系统比较复杂，成本较高，且无人机、船舶、车辆等空间比较狭窄的平台上难以提供满足二维测向要求的布阵区域，导致基于二维测向的三维定位方法较少使用，常用的是基于一维测向的二维定位方法。

利用多个观测站的线阵的一维测向进行三维定位的方法需要使用多个观测站的一维测向结果和每个观测站的线阵自身的方位测量。利用常用的非线性最小二乘方法求解目标的三位坐标，需要确定一个三维的非线性代价函数的最小值位置，但是三维搜索的计算量大，例如在每立方公里范围内，即使一维坐标的搜索间隔为10米，也需要搜索100万个三维坐标，不利于实时定位。申请号为201710333182.8的中国专利《一种基于一维测向的三维定位方法》，提出对非线性方程组进行伪线性处理，利用伪线性最小二乘方法得到目标位置的三维坐标估计，但该方法由于忽略了伪线性处理后变量之间的非线性约束关系，不仅需要不少于6个的观测站，而且定位精度也不高。

发明内容

本发明的目的在于针对基于一维测向的三维定位的背景技术中非线性最小二乘方法需要三维搜索、伪线性最小二乘方法需要不少于6个观测站的问题，通过将基于一维测向的三维定位问题转化为凸问题，从而利用变量之间的非线性约束关系，不仅在提高定位精度的同时，避免了三维坐标搜索，提高了定位的实时性，还在少于6个的观测站的情况下，利用一维测向结果和线阵自身的方位测量实现了对目标的三维定位。

本发明的技术方案是：

首先，将观测站放置于一个平面上，每个观测站的线阵也水平放置，初始化确定观测站数目以及每个观测站位置坐标，每个观测站的线阵与地平面直角坐标x轴的夹角，每个线阵与目标来波方向的夹角估计；然后利用每个观测站坐标、每个线阵与地平面直角坐标x轴夹角以及每个线阵与目标来波方向的夹角估计，并通过引入一个6维中间向量，确定无约束的凸的代价函数；接着利用中间向量之间的非线性约束关系，确定有约束的凸优化问题；最后，利用内点法对有约束的凸优化问题进行求解，确定目标位置的三维坐标估计。

本发明方法包括的步骤是：

步骤1：将观测站放置于一个平面上，每个观测站的线阵水平放置；初始化确定观测站数目以及每个观测站位置坐标，每个观测站的线阵与地平面直角坐标x轴的夹角，每个线阵与目标来波方向的夹角估计；

步骤2：利用每个观测站坐标、每个线阵与地平面直角坐标x轴夹角以及每个线阵与目标来波方向的夹角估计，并通过引入一个6维中间向量，从而确定无约束的凸代价函数；

步骤3：利用中间向量的元素之间的非线性约束关系，从而确定有约束的凸优化问题；

步骤4：利用内点法确定有约束的凸优化问题的解为，从而确定目标位置的三维坐标估计。