基于数据补偿的TDOA定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115840191A(43)申请公布日2023.03.24(21)申请号202211582386.2(22)申请日2022.12.08(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人郝本建张亚洲赵越赵曼李赞张佳雯陈小军司江勃(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205专利代理师田文英王品华(51)Int.Cl.G01S5/02(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称基于数据补偿的TDOA定位方法(57)摘要本发明提出了一种基于数据补偿的TDOA定位方法，解决由于传感器节点的非共视接收到非合作辐射源的信号，导致该时刻非合作辐射源位置的丢失和测量数据利用率下降的问题。本发明的步骤是：获取时差数据从而生成时差矩阵；继而判断历史时刻辐射源是否满足共视条件；针对不满足共视条件的时刻对其附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合，利用多项式拟合后的到达时间差TDOA值补充丢失的TDOA值，构建满秩TDOA测量方程，计算非共视时刻辐射源位置。本发明在提高非合作辐射源的TDOA数据的利用率的同时提高了非合作辐射源的定位率。CN115840191ACN115840191A权利要求书1/1页1.一种基于数据补偿的TDOA定位方法，其特征在于，对不满足共视条件的时刻附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合，利用多项式拟合后的到达时间差TDOA值补充丢失的TDOA值；该定位方法的步骤包括如下：步骤1，获取时差数据：步骤1.1，在M个传感器节点中任选1个节点作为主站，其他的节点作为辅站，其中，M≥4；步骤1.2，利用到达时间差公式，计算待定位目标辐射的电磁波到达主站和其他每个辅站的到达时间差TDOA值；若由于辐射源信号在某个时刻到达主站或辅站的信号丢失导致TDOA值不可计算，则用一个不可能得到的TDOA异常值10s来表示；步骤1.3，将所有到达时间差TDOA值生成一个时差矩阵，该矩阵的行数代表传感器的总数–1，列数代表时刻的总数，每一个元素值代表对应时刻的相应传感器节点对所测得的TDOA值；步骤2，生成不可定位辐射源矩阵：将时差矩阵中满足共视条件的时刻作为可定位辐射源矩阵；不满足共视条件的时刻作为不可定位辐射源矩阵；步骤3，拟合TDOA值：步骤3.1，针对不满足共视条件的时刻对其附近连续多个时刻的同一对节点的到达时间差TDOA值进行多项式拟合；步骤3.2，将时差矩阵中异常值所在行除异常值之外的每一时刻值与其对应时刻的TDOA值，输入到matlab多项式拟合函数中，得到拟合后的TDOA值；步骤4，利用下式，计算每个时刻的TDOA异常值的补偿值：其中，TDOAk表示第k个时刻的TDOA补偿值，TDOAk‑1表示第k‑1个时刻的TDOA值，TDOAn表示第n个时刻的TDOA值，n>k；步骤5，计算非共视时刻下的辐射源的位置：将TDOA补偿值与不可定位辐射源矩阵中的TDOA值输入到满秩测量方程中计算辐射源的位置。2.根据权利要求1所述的基于数据补偿的TDOA定位方法，其特征在于：步骤1.2中所述的到达时间差公式如下:其中，ti1表示待定位目标辐射的电磁波到达主站与第i个辅站的时间差TDOA值，i＝2,...,M，ri1表示非合作辐射源到达第i个辅站主站点之间的距离差，c表示光的传播速度，||·||表示欧几里得范数操作，(·)0表示括号中内容的真实值，u表示非合作辐射源的位置，si表示第i个辅站的位置，ni1表示第i个辅站与主站之间距离差的零均值的高斯白噪声。3.根据权利要求1所述的基于数据补偿的TDOA定位方法，其特征在于，步骤2中所述的共视条件是指所有的传感器节点在当前时刻同时接收到辐射源的信号。2CN115840191A说明书1/6页基于数据补偿的TDOA定位方法技术领域[0001]本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中一种基于数据补偿的到达时间差TDOA(TimeDifferenceofArrival)定位方法。本发明可用于针对发射连续信号的非合作辐射源，特别是关于基于数据补偿TDOA定位方法。背景技术[0002]随着移动通信技术的迅速发展，电磁频谱信号源定位技术已经成为下一代移动通信系统所必须具备的功能。近年来，研究结果表明，由于电磁频谱监测工作多是对信号的被动无源监测，无法实现对被监测目标的控制，因此监测目标和监测节点之间无法实现严格时钟同步。而TDOA定位方法只要求实现监测节点之间的时钟同步，可适用于蜂窝网、无线传感器网络等多种类型网络。且该定位方法由于应用成本低、定位精度较高，因而受到广泛关注，并在3GPP中被确定为一种标准的定位方法。[0003]TDOA