[发明专利]一种无人机无源定位系统及方法

权利要求书

1.一种无人机无源定位系统，其特征在于，包括依次连接的信号接收模块、时差提取模块以及定位解算模块；

所述信号接收模块，用于利用射频天线阵列接收无人机辐射出的无人机图传信号，并将所述无人机图传信号转换成数字信号；

所述时差提取模块，用于利用卡尔曼-最优阶互相关算法对所述数字信号进行时差提取处理，得到最优时差提取值，其具体为：

A1、对所述数字信号进行幅值归一化处理，去除数字信号中的幅度信息；

A2、对归一化后的数字信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对所述频域信号进行自相关处理，生成自功率频谱信号；

A3、根据所述频域信号计算得到互功率频谱函数，以及根据自功率频谱信号计算得到二次相关功率频谱函数；

A4、根据所述互功率频谱函数和二次相关功率频谱函数，计算得到广义互相关函数；

A5、取所述广义互相关函数的最大值时对应的自变量为快速傅里叶变换某一阶数内输出的时差提取值，并根据所述快速傅里叶变换某一阶数内输出的时差提取值进行最优阶参数修正计算得到当前时刻对应阶数的时差提取值；

A6、根据所述当前时刻对应阶数的时差提取值，分别计算得到当前阶数与上一阶数的时差提取值误差以及当前阶数与下一阶数的时差提取值误差；

A7、当当前阶数与上一阶数的时差提取值误差不等于零，且当前阶数与下一阶数的时差提取值误差等于零时，计算得到快速傅里叶变换最优阶数的时差估计值；

A8、根据所述快速傅里叶变换最优阶数的时差估计值，利用卡尔曼滤波计算得到最优时差提取值；

所述步骤A1中归一化处理的表达式如下：

C_i(t)＝X_i(t)/max(abs(X_i(t)))

其中，C_i(t)表示归一化处理后的信号，X_i(t)表示接收的第i路信号，abs(·)表示取绝对值，max(·)表示取数字信号中的最大值，i表示信号路数，且i＝1,2,3,4；

所述步骤A2中自功率频谱信号的表达式如下：

R_ii(ω)＝R_i(ω)*conj(R_i(ω))

R_i(ω)＝FFT(C_i(t),2^N)

其中，R_ii(ω)表示自功率频谱信号，R_i(ω)表示频域信号，conj(·)表示取共轭复数，C_i(t)表示归一化处理后的信号，FFT(·)表示快速傅里叶变换，N表示快速傅里叶变换阶数，i表示信号路数，且i＝1,2,3,4；

所述步骤A4中广义互相关函数的表达式如下：

Y_i,i+1(t)＝IFFT(G_i,i+1(ω)*conj(K_i(ω)))

G_i,i+1(ω)＝R_i(ω)*conj(R_i+1(ω))

K_i(ω)＝R_ii(ω)*conj(R_i+1,i+1(ω))

其中，Y_i,i+1(t)表示广义互相关函数，IFFT(·)表示快速傅里叶逆变换，G_i,i+1(ω)表示互功率频谱函数，K_i(ω)表示二次相关功率频谱函数，conj(·)表示取共轭复数，i表示信号路数，且i＝1,2,3,4，R_i(ω)表示频域信号，R_i+1(ω)表示第i+1路频谱信号，R_ii(ω)表示自功率频谱信号，R_i+1,i+1(ω)表示第i+1路信号的自功率频谱信号；

所述步骤A5中当前时刻对应阶数的时差提取值的表达式如下：

其中，δ_n表示当前时刻对应阶数的时差提取值，表示广义互相关函数取得最大值时对应的自变量，表示修正参数，e表示指数，n表示最佳傅里叶变换阶数，m_t-1表示由上一时刻的时差预测值校正后的最优时差提取值，m_t-2表示t-1上一时刻的时差预测值校正后的最优时差提取值，Y_i,i+1(t)表示广义互相关函数；

所述步骤A6中当前阶数与上一阶数的时差提取值误差的表达式如下：

θ₁＝δ_n-δ_n-1

其中，θ₁表示当前阶数与上一阶数的时差提取值误差，δ_n表示当前时刻对应阶数的时差提取值，δ_n-1表示上一阶数的时差提取值；

所述当前阶数与下一阶数的时差提取值误差的表达式如下：

θ₂＝δ_n-δ_n+1

其中，θ₂表示当前阶数与下一阶数的时差提取值误差，δ_n+1表示下一阶数的时差提取值；

所述步骤A8中最优时差提取值的表达式如下：

m_t＝m_new.t+K_t*(δ_n-m_new.t)

P_new.t＝P_t-1+Q

m_new.t＝m_t-1

其中，m_t表示最优时差提取值，m_new.t表示当前时刻的时差预测值，K_t表示卡尔曼的计算增益，δ_n表示最优阶时差提取值，P_new.t表示当前时刻最优时差估计值的方差，R表示两次测量时差值间的方差，P_t-1表示上一时刻的最优时差估计值的方差，Q表示连续两个时刻最优时差估计值的方差，m_t-1表示由上一时刻的时差预测值校正后的最优时差提取值；

所述定位解算模块，用于根据所述最优时差提取值，利用非递归算法计算得到无人机的初始估计坐标，并利用递归算法对无人机的初始估计坐标和最优时差提取值进行误差计算得到定位解算结果，完成对无人机的定位。