[發(fā)明專利]基于最小二乘法的單站無源快速定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610048174.4
• 申請(qǐng)日: 2016-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN105572635B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉高高;鮑丹;朱光前;武斌;秦國棟;蔡晶晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/02
• 分類號(hào): G01S5/02
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無源定位方法，可用于單站偵察。

背景技術(shù)

無源定位是指由單個(gè)偵察設(shè)備或者多個(gè)偵察設(shè)備在探測(cè)到散射源或者輻射源并獲得有關(guān)定位參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理手段，確定出散射源或輻射源在三維空間中的位置。

無源定位可以簡(jiǎn)單分為多站定位和單站定位。多站定位通過部署在不同地理位置的站點(diǎn)接收到的目標(biāo)輻射信號(hào)進(jìn)行信號(hào)級(jí)別或者數(shù)據(jù)級(jí)別的融合，從而達(dá)到定位的目的。在通信設(shè)備定位中應(yīng)用較廣；而雷達(dá)發(fā)射天線往往波束較窄，很難保證多個(gè)接收站能接收到目標(biāo)信號(hào)，同時(shí)多站的時(shí)間同步機(jī)制要求設(shè)備復(fù)雜，而單站定位由于幾乎沒有上述問題，因而得到了廣泛的關(guān)注。

單站無源定位通過單一觀測(cè)平臺(tái)被動(dòng)接收輻射源信號(hào)完成目標(biāo)定位，是獲取目標(biāo)位置信息的重要手段，已經(jīng)應(yīng)用到重要目標(biāo)位置監(jiān)視、緊急營救、智能交通以及反恐維穩(wěn)等領(lǐng)域。單站定位與多站定位相比最大特點(diǎn)是只有一個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，設(shè)備簡(jiǎn)單、部署靈活、機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)，因此在星載、機(jī)載、艦載等多種運(yùn)動(dòng)平臺(tái)目標(biāo)定位方面發(fā)揮了重要作用。

目前單站定位方法的研究，包括測(cè)向定位、到達(dá)時(shí)間差定位、多普勒頻率及其變化率定位、相位差及其變化率定位以及上述的組合定位法等。其中，多普勒頻率變化率定位和相位差變化率定位較為常用，這兩種方法為了提高目標(biāo)定位跟蹤能力，采用了如包括牛頓迭代方法、卡爾曼濾波及其擴(kuò)展方法、貝葉斯估計(jì)理論的粒子濾波方法等。2004年開始，意大利在直升機(jī)上采用雙天線實(shí)現(xiàn)多普勒變化率定位實(shí)驗(yàn)。該方法在飛機(jī)兩側(cè)放置2個(gè)干涉儀天線，利用其頻率差測(cè)量結(jié)果定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該方法的最佳位置在兩側(cè)斜視角±45度處，其他位置均將下降；在定位距離約5km，定位35秒時(shí)間條件下，目標(biāo)定位誤差將超過10％。

上述的單站定位方法都是利用了目標(biāo)與偵察設(shè)備位置變化的非線性變化特性，采用了非相干的積累方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置的估計(jì)。但是隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)的射頻源穩(wěn)定度得到了明顯提高；雷達(dá)在成像、空時(shí)處理等模式下，都會(huì)有較長(zhǎng)的信號(hào)穩(wěn)定期，偵察獲取信號(hào)的相干性明顯增強(qiáng)。常規(guī)的單站定位方法不能有效的利用信號(hào)的相關(guān)性，需要很長(zhǎng)的積累時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于最小二乘法的單站無源快速定位方法，以減小運(yùn)算量，改善定位精度，實(shí)現(xiàn)快速定位。

本發(fā)明技術(shù)思路是，將合成孔徑成像雷達(dá)的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到偵察領(lǐng)域，利用輻射源的相干性，將長(zhǎng)時(shí)間積累信號(hào)虛擬合成長(zhǎng)的天線陣列，使其不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，即天線陣列的二次相位無法忽略；利用最小二乘法對(duì)該不可忽略的二次相位進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而利用二次相位與輻射源距離的反比關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射源目標(biāo)位置的估計(jì)。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

(1)偵察設(shè)備做勻速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)測(cè)頻和測(cè)向，得到測(cè)頻結(jié)果和測(cè)向結(jié)果并利用測(cè)頻結(jié)果進(jìn)行混頻消除載頻，得到基帶信號(hào)u_r(t)；

(2)對(duì)基帶信號(hào)u_r(t)進(jìn)行積累，得到一組積累的基帶信號(hào)：

u_r1(t),u_r2(t),…u_ri(t)…u_rn(t)，i＝1,2,3…n，

其中，n表示積累脈沖總個(gè)數(shù)；

(3)對(duì)積累的基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波：

(3a)在積累的基帶信號(hào)中選擇其中一個(gè)作為參考信號(hào)u_r0(t)；

(3b)將參考信號(hào)u_r0(t)與所有積累脈沖信號(hào)進(jìn)行卷積，得到一組卷積結(jié)果u₁(t),u₂(t),…u_i(t)…u_n(t)；

(4)對(duì)每個(gè)卷積結(jié)果u_i(t)進(jìn)行多倍插值，得到采樣信號(hào)v_i(t)，提取插值結(jié)果v_i(t)峰值處的采樣復(fù)信號(hào)uu_i(t)，得到峰值采樣復(fù)信號(hào)矩陣：

M＝[uu₁(t),uu₂(t),…uu_i(t)…uu_n(t)]；

(5)利用峰值采樣復(fù)信號(hào)矩陣M的相位信息進(jìn)行最小二乘估計(jì)，得到最優(yōu)調(diào)頻率

(5a)利用測(cè)向結(jié)果構(gòu)建多普勒補(bǔ)償信號(hào)；