[發明專利]一種高度約束下的到達能量比無源定位方法

無效

• 申請號: 201210342064.0
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102879761A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 魏合文;曹景敏;余健
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總參謀部第五十七研究所
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線通信領域、涉及輻射源定位技術，尤其涉及高度約束條件下的基于信號到達能量比的輻射源定位方法。

背景技術

輻射源無源定位在雷達、聲納、衛星和通信等系統中具有重要的應用價值。輻射源無源定位是根據傳感器(包括無線電傳感器和聲音傳感器等)接收到的信號估計出某一時刻輻射源的空間位置。根據信號測量物理量的不同，目前輻射源無源定位主要包括三大類，即到達方向定位、到達時差定位和到達能量比定位。各種定位方法一般都假設輻射源是各向同性的，即認為輻射源發出的信號在各個方向的傳播情況是相同的。到達方向定位，又稱為測向交會定位，一般適用于基于傳感器陣列的定位。測向交會定位方法中的傳感器陣列由一定的幾何結構排列而成的若干個傳感器組成，每一個傳感器陣列不需要移動就可以獲得輻射源的方向。通過兩個傳感器陣列就可以獲得兩個方向線的交點確定輻射源的位置。到達時差定位又稱雙曲線定位，這種方法利用多個傳感器接收到的信號到達時間差對輻射源的位置進行估計，實現輻射源定位。空間上不同位置處兩個傳感器接收到的信號的時差與輻射源到這兩個傳感器位置的距離差成正比，該距離差確定了以兩個傳感器位置為焦點的雙曲線，輻射源位于雙曲線的一支上。若再有一對傳感器確定另一雙曲線，則兩雙曲線交點即為輻射源的位置。

到達時差定位方法對傳感器同步性要求高，到達方向定位方法需要采用復雜的傳感器陣列，在利用簡易的小型化傳感器構建無線監測定位系統中，到達時差定位方法和到達方向定位方法均不易實現，因此本發明采用到達能量比進行輻射源無源定位。

到達能量比定位方法，是根據信號能量在介質中的衰減規律而提出的。在通常的均勻介質中，輻射源信號的能量衰減與距離的平方成反比。專利CN101339242A和K.C.Ho(K.C.Ho，Ming?Sun，“An?accurate?algebraic?closed-form?solution?for?energy-based?source?localization，”IEEE?Transaction?on?Audio，Speech?and?Language?Proceeding，vol.15，no.8，November?2007，pp.2542-2550)都指出，空間上兩個不同位置處傳感器接收到信號的能量比確定一條圓曲線，輻射源位于該曲線上。若再有一對傳感器確定另一個圓曲線，則兩個圓交點即為輻射源的位置。

對于廣泛使用的小型傳感器，具有體積小、成本低、具有一定的處理與存儲能力與傳感器自定位能力等。這些特點使其非常適合在各種場景中快速部署，形成無源監測定位系統。

在實際應用中，輻射源都是有一定的海拔高度，即使在地面上，也有一定的海拔高度。專利CN101339242A和K.C.Ho提出的到達能量比定位方法都沒有考慮輻射源所處的高度，在實際定位中這樣處理往往會引入額外的誤差，嚴重影響輻射源定位精度。因此，需要考慮輻射源所處海拔高度約束信息。實際應用大量關注的地面輻射源，它所在的區域海拔信息往往可以通過地理信息獲得。

因此，構建基于達到能量比的無源定位系統時，需要考慮高度約束的影響，有必要發展一種高度約束下的到達能量比無源定位方法，用于實現輻射源的高精度定位，對于構建簡單有效的定位系統具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有方法的不足，針對實際中常常存在的高度約束的定位模型，提供一種高度約束下達到能量比無源定位方法。這種方法能夠充分利用到達能量比和高度約束的信息，以便于進行構建無源定位系統時，減小定位誤差，提高定位精度。

本發明的技術解決方案是，輻射源的位置確定誤差同時取決于到達能量比和高度約束，其特征在于，輻射源的位置定位誤差與高度約束有關，應該首先通過覆蓋區域的地理信息獲得確定輻射源的高度，然后再對接收站的能量比測量數據進行處理，最終得到輻射源的位置坐標。采用無源定位系統獲得如下參數：

接收站1、2、3的空間位置坐標(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)和(x₃，y₃，z₃)；

相對于接收站1，接收站2和3的測量的信號到達能量比g₂₁和g₃₁；

根據覆蓋區域地理信息獲得的輻射源高度近值h；

地球半徑R_e；