[發明專利]單通道雙基站超短波信號空間定位方法

有效

• 申請號: 201610004082.6
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105676171B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 李景春;邱天爽;夏楠;金芳曉;戚寅哲;張小飛;王文帥
• 申請（專利權）人: 國家無線電監測中心;大連理工大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種單通道雙基站超短波信號空間定位方法，其特征在于，采用兩個基站，基站一采用單通道準多普勒天線陣，基站二為參考天線，所述定位方法實現步驟如下：

步驟一：將準多普勒天線陣和參考天線利用GPS進行同步；

步驟二：設置準多普勒天線陣單通道開關控制器的開關工作模式處在停留模式，準多普勒天線陣和參考天線同步接收超短波信號；所述的停留模式下，開關靜態連通準多普勒天線陣中的某一根天線；

步驟三：對步驟二得到的兩路信號求取時延估計值；

步驟四：設置準多普勒天線陣單通道開關控制器的開關工作模式處在連續切換模式，準多普勒天線陣和參考天線同步接收超短波信號；所述的連續切換模式下，開關以設定的角頻率在準多普勒天線陣的天線中進行切換；

利用步驟二得到的兩路同步信號對本步驟準多普勒天線陣接收的信號消除調制信息和初始相位，得到僅包含準多普勒相位的信號；

步驟五：對步驟四得到的準多普勒信號提取相位，并求取相位差；

步驟六：利用理論的準多普勒天線陣建立包含空間夾角的仿真相位差數據庫；

步驟七：將實測的相位差，在包含空間夾角的仿真相位差數據庫中進行相似性度量，得到相似性最大的仿真相位差所對應的空間夾角，將空間夾角轉換為所要估計的俯仰角和方向角；

步驟八：利用估計的時延和俯仰角、方向角對目標進行定位，具體是：將時延估計值與雙站形成的雙曲線作為目標方程，將方位角與準多普勒天線陣形成的直線作為約束方程，采用牛頓法優化算法得到目標源的坐標位置。

2.根據權利要求1所述的一種單通道雙基站超短波信號空間定位方法，其特征在于，所述的步驟二中，對兩路信號，首先采用樣條插值，求取分數時延，再利用希爾伯特差值與相關函數相結合的方法求取窄帶信號的時延估計值。

3.根據權利要求1所述的一種單通道雙基站超短波信號空間定位方法，其特征在于，所述的步驟六中，建立包含空間夾角的仿真相位差數據庫的方法是：

(1)建立各方向角的單脈沖準多普勒仿真信號；

其中，x(n,θ)表示第n個陣元在方向角為θ下的單脈沖準多普勒仿真信號，λ為超短波信號波長，r為準多普勒天線陣的半徑，N為準多普勒天線陣陣元個數，為俯仰角，θ為方向角；

(2)利用僅包含多普勒相位的仿真信號直接提取相位，再求取相位差；

s_n(t)表示第n個陣元t時刻的僅包含多普勒相位的仿真信號；

(3)引入空間夾角，空間夾角是指入射信號方向與天線基線之間的夾角；對于O、A兩陣元間相位差φ_OA與空間夾角α的關系為：

其中，d表示陣元間距離；

(4)第m個陣元與第n個陣元之間的仿真相位差φ'_m,n與空間夾角α的關系為：

其中，d_m,n表示第m個陣元與第n個陣元間的距離，f表示信號源的中心頻率，c表示信號的傳播速度；

(5)根據(2)中求取的相位差，根據(4)中關系得到對應的空間夾角，從而建立包含空間夾角的仿真相位差數據庫。

4.根據權利要求1所述的一種單通道雙基站超短波信號空間定位方法，其特征在于，所述的步驟七中，采用歐氏距離作為相似性度量函數，進行相似性度量；

所述的相似性度量函數表示為：其中，Δφ表示實測相位差與仿真相位差的差值，I為陣元間相位差的個數，α為空間夾角，φ'_m,n表示數據庫仿真的相位差，φ_m,n為實測相位差。

5.根據權利要求1所述的一種單通道雙基站超短波信號空間定位方法，其特征在于，所述的步驟八中，通過測得的入射方向角與目標源形成的直線，以及雙站時延估計得到的雙曲線的交叉點對目標進行聯合定位，實現過程為：

首先，利用俯仰角將三維坐標轉為二維坐標，如下：

其中，(x,y,z)為目標坐標；

然后，再利用懲罰函數SUMT外點法求解如下公式：

其中，θ為方向角，(x₁,y₁,z₁)為基站一準多普勒天線陣的坐標，(x₂,y₂,z₂)為基站二參考天線的坐標；D＝τ×C為信號到達雙站的距離差，τ表示時延估計值，C為光速。