[发明专利]一种未知发射机位置和速度的移动目标椭圆定位方法

说明书

本发明涉及一种未知发射机位置和速度的移动目标椭圆定位方法，通过使用两条路径的时延和多普勒频移测量来联合定位目标和发射机的位置和速度，根据这两条路径的模型，将联合定位目标和发射机的位置和速度以及时间和频率偏移的问题数学描述为非凸的约束优化问题，并通过凸松弛技术将其松弛为半正定规划问题，最后得到精确的目标和发射机的位置和速度估计。本方法既不需要事先知道发射机位置和速度的先验信息也不需要发射机和接收机时间同步就可以很精确的估计出目标的位置和速度。

技术领域

本发明涉及目标定位技术领域，尤其是涉及一种未知发射机位置和速度的移动目标椭圆定位方法。

背景技术

目标定位技术在军事和民事领域都有着广泛的应用。在军事中利用雷达来探测敌方目标，在民事中可以用在自动驾驶、井下搜救、共享单车定位等，因此目标定位对于国防安全和生活都是息息相关的。

近年来，目标定位一直是一个热门的研究课题。在实践中，可以通过使用雷达、声纳和无线传感器网络收集测量值来实现目标定位。通常，收集距离信息以完成目标定位的目的，包括到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)和信号功率，例如接收信号强度或声学信号电平等。最新进展，例如宽带测距和代表性观测选择，即使在非视距(NLOS)和多径环境条件下也能获取准确的距离信息。此外，频率信息，包括到达频率(FOA)和到达频率差(FDOA)，可以与TOA或TDOA相结合，用于具有移动性的目标定位。

椭圆定位是通过寻找若干椭圆的交点来估计目标位置。具体是发射机发出一个信号，经过目标反射并被接收机接收，从发射机到接收机的信号传播时间延迟(TD)定义了一个椭圆(3D中的椭球)，其中发射机和接收机的位置作为目标所在的焦点。椭圆定位模型已应用于传统的双基地/多基地雷达和声纳系统以及最近开发的MIMO雷达系统。这种模型也用于无源相干定位(PCL)系统，PCL系统是一种没有专用发射机的无源雷达系统。在这些系统中，当发射机和目标之间存在相对运动时，不仅可以从目标反射的信号中观察到距离，还可以观察到多普勒频移(DFS)信息，DFS测量可用于提高定位精度和估计目标的速度。

若发射机位置和速度完全已知，则直射路径不包含关于目标的任何信息，因此仅需要反射路径信息实施定位。然而，在现实情况中，发射机的位置和速度可能未知或非常不准确。例如，当发射机位置和速度随时间变化时，它的位置和速度可能是不可靠或不实时的；或者，发射机处于GPS无法通信的位置从而导致GPS不能提供其位置和速度估计。实际上，在很多系统设计中，有意设定发射机的位置和速度位置，这样发射机仅作为照射源，可以在硬件要求上大大降低。但是在这种情况下，现有文献中的椭圆定位方法几乎都无法适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在小噪声情况下定位精度高，且在大噪声情况下定位精度也高的未知发射机位置和速度的移动目标椭圆定位方法。

本发明所采用的技术方案是，一种未知发射机位置和速度的移动目标椭圆定位方法，包括以下步骤：

(1)、建立坐标系：在多输入多输出雷达系统中建立一个平面坐标系作为参考坐标系；设定多输入多输出雷达系统中存在M个用于发射信号的发射机且其真实位置和速度是未知，其中第i个发射机在参考坐标系中的位置和速度分别记为和其中1≤i≤M，设定多输入多输出雷达系统中存在N个用于接收信号的接收机，其真实位置已知，并将其第j个接射机在参考坐标系中的位置记为其中1≤j≤N，且设定发射机和接收机时钟不同步，其中来自第i发射机的时间和频率偏移分别记为和另外设定多输入多输出雷达系统中存在一个未知其真实位置和速度的目标，将其在参考坐标系下的位置和速度分别记为p^o和