一种基于信号到达时间差的多站无源定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113608165A(43)申请公布日2021.11.05(21)申请号202110878984.3(22)申请日2021.08.02(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区砚瓦池正街47号(72)发明人吴鹏苏绍璟左震孙备郭晓俊郭润泽童小钟钱翰翔张家菊(74)专利代理机构长沙新裕知识产权代理有限公司43210代理人刘加(51)Int.Cl.G01S5/02(2010.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种基于信号到达时间差的多站无源定位方法(57)摘要一种基于信号到达时间差的多站无源定位方法，包括以下步骤：S1：目标辐射源信号接收：各接收站进行目标辐射源信号接收；S2：信号到达时间差计算：计算两两接收站之间的信号到达时间差；S3：目标辐射源预估位置计算：通过两次采用加权最小二乘法得到目标辐射源的预估位置；S4：搜寻区域设定：以目标辐射源的预估位置为中心，在预估位置周围设定搜寻区域；S5：目标函数极值搜索：在搜寻区域内进行目标函数的极小值点搜索；S6：目标辐射源位置确定：目标函数极小值点对应的坐标即为目标辐射源的位置。本发明限制搜寻区域，可提高定位效率，降低迭代次数，减小计算复杂度。CN113608165ACN113608165A权利要求书1/3页1.一种基于信号到达时间差的多站无源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：目标辐射源信号接收：各接收站进行目标辐射源信号接收；S2：信号到达时间差计算：计算两两接收站之间的信号到达时间差；S3：目标辐射源预估位置计算：通过两次采用加权最小二乘法得到目标辐射源的预估位置；S4：搜寻区域设定：以目标辐射源的预估位置为中心，在预估位置周围设定搜寻区域；S5：目标函数极值搜索：在搜寻区域内进行目标函数的极小值点搜索；S6：目标辐射源位置确定：目标函数极小值点对应的坐标即为目标辐射源的位置。2.如权利要求1所述的基于信号到达时间差的多站无源定位方法，其特征在于：所述步骤S1中，设定共有M个接收站在半径为R的圆形区域内参与对目标的无源定位；各个接收站TT的位置坐标分别为si＝(xi，yi)，i∈{1,2,...,M}，其中[·]表示矩阵转置，目标p的真实位置坐标为p＝(x，y)T。3.如权利要求2所述的基于信号到达时间差的多站无源定位方法，其特征在于：所述步骤S2中，取第一个接收站BS1为参考接收站，测得目标发出的电磁信号到达接收站BSi的时刻为ti，测得目标发出的电磁信号到达参考接收站BS1的时刻为t1，计算目标发出的电磁信号到达参考接收站BS1与到达接收站BSi的时间差|t1‑ti|。4.如权利要求3所述的基于信号到达时间差的多站无源定位方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过两次采用加权最小二乘法得到目标辐射源的预估位置，具体包括以下步骤：S31：根据目标发出的电磁信号到达参考接收站BS1与到达接收站BSi的时间差，计算参考接收站BS1与接收站BSi的距离差为Ri,1，信号的传播速度为c；假设噪声ni服从高斯分布建立基于信号到达时间差的参数方程组Ri,1＝c|t1‑ti|(1)Ri,1＝di,1+ni,1，i∈{2,...,N}(2)因此，c|t1‑ti|＝di,1+ni,1(3)其中，di,1＝di‑d1(4)其中，d1表示目标p到参考接收站BS1的理论距离，di表示目标p到接收站BSi的理论距离，di,1表示目标p到接收站BSi与到接收站BS1的理论距离差，ni,1表示距离差的噪声；S32：根据基于信号到达时间差的参数方程组计算系数矩阵h，第一次采用加权最小二乘法得到目标辐射源的粗略估计位置具体为：根据信号到达时间差的参数方程组得到式(7)：其中，xi,1＝xi‑x1，yi,1＝yi‑y1；2CN113608165A权利要求书2/3页令其中设定目标的位置为式(7)改写为：h＝Gaza(8)其中，h和Ga的定义如下：其中，M为接收站个数；当噪声为0时，za记为定义误差矢量ε如下：假设x，y和d1不相关，则使用加权最小二乘法有其中，Ψ是ε的协方差矩阵，由于被定义为从而计算得到即可得到第一次采用加权最小二乘法后的目标辐射源的粗略估计位置S33：优化系数矩阵h，对系数矩阵h进行更新，得到新的系数矩阵第二次采用加权最小二乘法，得到目标辐射源的预估位置具体为：定义新的误差矢量为：其中，的定义如下：3CN113608165A权利要求书3/3页其中，为结果矩阵的第1个元素的有偏估计，为结果矩阵的第2个元素的有偏估计，为结果矩阵的第3个元素d1的有偏估计；e1为的估计误差，e2为的估计误差，e3为d1的估计误差；第二次采用加权最小二乘法，得到：其中，是的协方差矩阵，则由上式