[发明专利]基于到达角和多普勒频移的高精度运动单站直接定位方法

说明书

本发明公开了一种基于到达角和多普勒频移的高精度运动单站直接定位方法，首先建立包含到达角度和多普勒频移的目标源信号数据接收模型，并对目标源进行数据采集；然后构建一个时间因子用以扩展接收信号矩阵的维度；再根据目标源数据接收模型和单站对目标源采集到的数据，结合目标源位置的均方误差，构造运动单站直接定位的代价函数；最后根据建立好的目标代价函数，利用MVDR准则对辐射源位置求解进行求解。本发明可以提升定位性能；对于需要定位多个辐射源的场景，无需预先知道信源个数，相比最大似然方法有效提高了定位精度。

技术领域

本发明属于无源定位技术领域，具体涉及一种运动单站直接定位方法。

背景技术

传统的无源定位系统一般采用两步定位的模式，即系统首先对目标源的参数(如到达角度(Direction of Arrival，DOA)、到达时间(Time of Arrival，TOA)、到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)、多普勒频差(Frequency Difference of Arrival，FDOA)、接收信号强度等)进行估计，然后再通过对获取的参数进行定位解算，最后估算得到目标源的位置信息。然而，在采用这种两步定位法对目标源进行定位时需要采集多种数据，并通过定位方程计算目标的位置，这就使得参数估计与位置解算相分离，计算结果与目标源的实际位置之间存在较大的误差，因而无源定位的精度不够高，甚至失效。

针对传统两步定位模型的缺点，近年来学者们提出了一种直接定位(DirectPosition Determination，DPD)算法，该类方法可实现一步定位出目标辐射源的位置，无需预先估计DOA、TDOA等参数，直接利用原始阵列数据通过最大似然、子空间数据拟合等方式对目标的位置进行非线性估计。因为在估计目标位置前不需要估计目标到达参数，减小了参数估计过程中目标信息的损失，DPD算法在低信噪比下较传统的两步定位方法精度更高。

传统直接定位方法多采用多站无源定位系统，各个站之间需要进行大量的通信数据传输，十分耗费资源且设备不易于移植。运动单站直接定位方法，是通过一个单独的运动观测站对目标源所发射的信息进行截获、测量，并根据接收到的信号数据直接计算出目标源的位置信息。运动单站直接定位系统与多站无源定位系统相比，不仅不需要大量的通信数据传输，而且具有结构简单、设备灵活等优点，在航海和航空、卫星定位预警、引导反辐射武器、电子侦察等许多民用、军用领域都有着广阔的发展前景。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于到达角和多普勒频移的高精度运动单站直接定位方法，首先建立包含到达角度和多普勒频移的目标源信号数据接收模型，并对目标源进行数据采集；然后构建一个时间因子用以扩展接收信号矩阵的维度；再根据目标源数据接收模型和单站对目标源采集到的数据，结合目标源位置的均方误差，构造运动单站直接定位的代价函数；最后根据建立好的目标代价函数，利用MVDR准则对辐射源位置求解进行求解。本发明可以提升定位性能；对于需要定位多个辐射源的场景，无需预先知道信源个数，相比最大似然方法有效提高了定位精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：假设空间中需要定位的目标辐射源个数为Q，运动接收单站具有M个阵元，在运动接收单站的运动轨迹上选取K个位置点分别对目标辐射源信号进行接收，第k个位置处接收到的目标辐射源信号的数据接收模型如下：