一种基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法.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CN105487063A(43)申请公布日2016.04.13(21)申请号201510991043.5(22)申请日2015.12.26(71)申请人中国人民解放军信息工程大学地址450052河南省郑州市高新区科学大道62号(72)发明人于宏毅吴瑛王云龙王鼎杨宾张莉唐涛吴江翟永惠(74)专利代理机构郑州大通专利商标代理有限公司41111代理人陈大通(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称一种基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法，克服了现有直接定位方法对外辐射源直达波信号信息利用不足的问题。该发明包括以下步骤：对L个观测站的双通道接收系统做好时间同步，对各站双通道的接收数据分别计算其傅立叶系数，每个观测站将所获得的阵列信号频域数据传输至中心站，在中心站对转化值频域的数据构造高斯最大似然函数并提取包含回波时延、多普勒以及直达波时延信息的信息矩阵，通过设定网格搜索范围，并计算地理网格点上数据信息矩阵对应的最大特征值，通过搜索网格范围内的最大值对应的坐标即可得到对目标的精确定位。与传统的两步定位算法相比，减少了定位信息的损失，定位精度明显提升。CN105487063ACN105487063A权利要求书1/3页1.一种基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：对L个观测站的双通道接收系统做好时间同步，并根据Nyquist采样定理采集外辐射源的直达波信号以及经目标反射的回波信号，从而获得多站接收的时域数据；步骤2：对各站双通道的接收数据分别计算其傅立叶系数，从而得到多站接收信号的频域数据；步骤3：每个观测站将所获得的阵列信号频域数据传输至中心站，中心站将每个站传输的阵列信号数据按照观测站的顺序堆栈排列，以构造高维阵列信号频域数据；步骤4：在中心站对转化值频域的数据构造高斯最大似然函数并提取包含回波时延、多普勒以及直达波时延信息的信息矩阵；步骤5：通过设定网格搜索范围，并计算地理网格点上数据信息矩阵对应的最大特征值；步骤6：通过搜索网格范围内的最大值对应的坐标即可得到对目标的精确定位。2.根据权利要求1所述的基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法，其特征在于：所述步骤1中，第l个观测站的所接收到的信号时域模型为其中，表示外辐射源相对于第l个观测站的直达路径时延；τl＝(||pe-p0||+||pl-p0||)/c表示外辐射源照射目标并反射至观测站产生的时延，c表示信号传播速度，||·||表示T2范数；pe为外辐射源位置，发射信号带宽W，p0为目标位置，速度为v＝[vx,vy]；wl(t)与2分别表示均值为0，方差为σ直达波通道与回波通道的加性平稳复高斯白噪声；fl表示目标与观测站之间的多普勒频率，其包含两部分，一部分为外辐射源照射至目标时信号的多普勒频率，另一部分是反射回波到达观测站时产生的多普勒频率，故fl可表示为T其中，pl＝[xl,yl](l＝1,2,…,L)为具有双通道的观测站，一个通道接收来自外辐射源的直达波信号，一个通道接收来自目标反射的回波信号。3.根据权利要求1所述的基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法，其特征在于：所述步骤2中，第l个观测站的所接收到的信号频域模型为其中，与(fn＝n/T,n＝±1,±2,…)分别表示接收信号、发射信号以及噪声的傅立叶系数。4.根据权利要求1所述的基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法，其特征在于：所述步骤3中，中心站所获得的高维信号频域模型为2CN105487063A权利要求书2/3页其中，式中，表示循环移位矩阵，其形式如下所示，即将单位阵循环向下移位floor(Tfl)+1行，其作用是为了表示处于数据位置的多普勒频移；即将矩阵按行循环向下移位floor(Tfl)，floor(·)表示向下取整，5.根据权利要求1所述的基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法，其特征在于：所述步骤4中，构造的高斯最大似然函数为经过推导简化，可得到如下形式其中，信息矩阵为HQc＝VV3CN105487063A权利要求书3/3页6.根据权利要求1所述的基于外辐射源时延和多普勒频率的直接定位方法，其特征在于：所述步骤5中，地理网格点上数据信息矩阵对应的最大特征值为C3＝λmax(Qc)，Qc的维度为(2N+1)×(2N+1)，且当延长观测时间时会进一步增加Qc的维度，对其特征值分解求特征值极大地增加了运算量；考虑给定矩阵X，XHX与XXH的非零特征值是一致的，故可利用这一结论将C3变换为式中，7.根据权利要求1所述的基于外辐射源时延和多普勒频率