[發(fā)明專利]一種基于T2/R的時差與多普勒頻移聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201511017124.1
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105487072A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 程莉;秦實宏;黨晶晶;袁夢;鄒連英
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01S13/87
• 分類號: G01S13/87;G01S13/48
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

技術領域

本發(fā)明涉及信號處理領域，尤其涉及一種基于T²/R的時差與多普勒頻移 聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)。

背景技術

目標定位目前在軍事領域、移動通信領域、醫(yī)學領域，民用領域等都具有 非常重要的現(xiàn)實意義。而無源被動定位技術，由于系統(tǒng)不主動發(fā)射信號，僅依 靠接收被定位目標反射的電磁信號，確定其空間位置，更是未來發(fā)展的重要方 向。

近年來，在無源被動定位系統(tǒng)中，一般多基于到達方向角(DOA)、到達時 間(TOA)、到達時差(TDOA)、多普勒頻率、信號強度(RSSI)、以及各種聯(lián)合 方式，對目標進行定位。由于時差只與目標位置相關，定位方程簡單且位置定 位精度高于目標來波方向到達角，因此多采用時差定位。但是一般來說系統(tǒng)大 多需要3個及以上發(fā)射站，且對于隨機運動目標，由于時差與運動狀態(tài)關系不 大，因此利用時差定位系統(tǒng)對目標運動速度估計會存在模糊。李萬春2005年 提出的基于雙發(fā)射站，利用時差信息對目標進行定位，沒有單獨對速度定位精 度和結果進行評估，且當目標在很長一段時間內(nèi)(N＝20)勻速運動。而多普勒 頻移由于與運動狀態(tài)緊密相關，能很好的對目標速度進行估計，肖揚燦2011 年提出的僅采用多普勒頻移對目標位置和速度信息進行定位，當發(fā)射站數(shù)目達 到4個的時候，位置定位精度才有了顯著的提高，而且同樣假設目標在30s 內(nèi)是勻速運動的。然而，實際情況下目標一般并不是勻速不變的，或者說在相 當長的一段時間內(nèi)保持不變。因此，考慮變速運動的目標更具有實際的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題在于針對現(xiàn)有技術中在無源被動定位系統(tǒng)中只 考慮勻速運動的狀態(tài)，且需要的發(fā)射站數(shù)量過多的缺陷，提供一種僅需要兩個 發(fā)射站，且對變速運動的目標能夠精確定位的基于T²/R的時差與多普勒頻移 聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發(fā)明提供一種基于T²/R的時差與多普勒頻移聯(lián)合定位方法，包括以下 步驟：

S1、選擇兩個不同信號頻率的短波廣播電臺作為發(fā)射站，獲取它們的發(fā)射 頻率和坐標位置，并根據(jù)坐標位置計算發(fā)射站和接收站之間的地面大圓距離；

S2、根據(jù)信號頻率和地面大圓距離使用時差測量法，計算得到直達波與散 射波之間的時差數(shù)據(jù)以及多普勒頻移數(shù)據(jù)，其中，直達波為接收站直接接收的 發(fā)射站信號，散射波為發(fā)射信號照射到空中飛行目標后反射到達接收站的信 號；

S3、根據(jù)得到的時差數(shù)據(jù)和多普勒頻移數(shù)據(jù)進行聯(lián)合，得到目標狀態(tài)估計 方程，并通過批處理算法計算得到收斂結果，即為飛行目標的位置和飛行速度。

進一步地，本發(fā)明的步驟S1中獲取短波廣播電臺發(fā)射頻率和坐標位置的 方法為：

從國際電信聯(lián)盟發(fā)布的短波全頻段無線電頻率劃分列表中，選擇兩個發(fā)射 站，發(fā)射站不能與接收站同在一個坐標位置上，兩個短波廣播信號采用AM調(diào) 制方式，且為不同頻率短波信號。

進一步地，本發(fā)明的步驟S2具體包括以下步驟：

S21、提取直達波信號，該直達波為接收站直接接收的發(fā)射站信號；

S22、提取散射波信號，該信號為發(fā)射站發(fā)射信號照射到空中機動目標后， 反射到達接收站的信號；

S23、利用時差估計算法得到連續(xù)k次直達波與散射波之間的時差信息；

S24、利用多普勒頻移估計算法得到連續(xù)k次直達波與散射波之間的多普 勒頻移信息。

進一步地，本發(fā)明的步驟S3具體包括以下步驟：

S31、計算時差測量方程對目標初始狀態(tài)向量的Jacobi矩陣；

S32、計算多普勒頻移測量方程對目標初始狀態(tài)向量的Jacobi矩陣；

S33、對步驟S31和步驟S32的計算結果進行聯(lián)合處理，即將得到的兩個 矩陣進行組合得到目標狀態(tài)估計方程，其公式為：