[發(fā)明專利]信號(hào)波形已知條件下的多目標(biāo)直接定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610255799.8
• 申請(qǐng)日: 2016-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN105738865B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于宏毅;王鼎;楊賓;吳瑛;吳志東;唐濤;張莉;吳江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/02
• 分類號(hào): G01S5/02
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司41111
• 代理人: 陳大通

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線電信號(hào)定位領(lǐng)域，特別涉及一種信號(hào)波形已知條件下的多目標(biāo)直接定位方法。

背景技術(shù)

眾所周知，無線電信號(hào)定位對(duì)于目標(biāo)發(fā)現(xiàn)及其態(tài)勢(shì)感知具有重要意義，其在通信信號(hào)偵察、電子信息對(duì)抗、無線電監(jiān)測(cè)、遙測(cè)與導(dǎo)航等諸多工程科學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。根據(jù)觀測(cè)站的數(shù)目進(jìn)行劃分可以將無線電信號(hào)定位體制分為單站定位和多站定位兩大類，這兩類定位體制各有其自身優(yōu)勢(shì)。具體來說，單站定位系統(tǒng)具有靈活性高、機(jī)動(dòng)性好、系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、無需信息同步和信息傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，而多站定位系統(tǒng)則能夠提供更多觀測(cè)信息量，有助于獲得更高定位精度。在多站定位系統(tǒng)中，最常用的定位方法是多站測(cè)向交匯法，即每個(gè)觀測(cè)站通過各種測(cè)向算法估計(jì)信號(hào)的到達(dá)角度參數(shù)，然后再利用各個(gè)觀測(cè)站所確定的角度線進(jìn)行交叉匯合，從而得到目標(biāo)的位置坐標(biāo)。這種先測(cè)向再定位的方法屬于“兩步定位”模式，該定位模式具有計(jì)算過程簡(jiǎn)單，對(duì)觀測(cè)站間的通信帶寬和同步精度要求不高，便于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，目前正被廣泛應(yīng)用于許多無線電信號(hào)定位系統(tǒng)中。然而，“兩步定位”模式也存在一些固有缺點(diǎn)，例如，估計(jì)性能難以達(dá)到漸近最優(yōu)、存在門限效應(yīng)、在多目標(biāo)條件下需要測(cè)量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等問題。針對(duì)上述問題，以色列學(xué)者A.J.Weiss和A.Amar提出了一種新型無線電信號(hào)定位模式，即目標(biāo)位置直接定位。這種(單步)直接定位方式的基本思想是從原始采集信號(hào)中直接提取目標(biāo)的位置坐標(biāo)，而無需估計(jì)其它中間參量。在多站定位條件下，直接定位方法要求各個(gè)觀測(cè)站的信號(hào)采集數(shù)據(jù)傳遞至中心站，中心站在信號(hào)數(shù)據(jù)域?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)位置參數(shù)的直接估計(jì)，可以同時(shí)利用信號(hào)到達(dá)不同觀測(cè)站的時(shí)延差信息以及同一觀測(cè)站內(nèi)不同天線的相位差信息。根據(jù)信息處理的理論可知，單步直接定位方法會(huì)比兩步定位方法具有更高的估計(jì)精度，并且可以避免兩步參數(shù)估計(jì)中的門限效應(yīng)，以及多目標(biāo)定位中的測(cè)量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題。

需要指出的是，目標(biāo)直接定位方法除了可以克服兩步定位方法的一些缺點(diǎn)外，它還存在另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)就是便于利用信號(hào)波形先驗(yàn)信息。在一些無線電通信與測(cè)向定位場(chǎng)景中(例如移動(dòng)通信與合作式定位中)，信號(hào)波形信息可以先驗(yàn)已知，若能夠?qū)⑦@一部分信息融入到目標(biāo)位置估計(jì)中，則可以顯著提高定位精度。A.J.Weiss和A.Amar正是基于這一思想提出了一種信號(hào)波形已知條件下的多目標(biāo)直接定位方法(下面稱其為Weiss-Amar方法)，該方法雖然具有較高的定位精度，但卻要求多目標(biāo)信號(hào)之間在時(shí)域上相互獨(dú)立，當(dāng)這一假設(shè)條件不能滿足時(shí)(即信號(hào)間時(shí)域相關(guān)時(shí))，其定位精度會(huì)受到較大影響，定位性能曲線也會(huì)偏離相應(yīng)的克拉美羅界。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種信號(hào)波形已知條件下的多目標(biāo)直接定位方法，在信號(hào)波形先驗(yàn)已知的條件下實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的精確定位，不僅能夠克服傳統(tǒng)兩步定位方法的缺點(diǎn)，而且比Weiss-Amar方法具有更高的定位精度，尤其是在目標(biāo)信號(hào)時(shí)域相關(guān)的條件下，提高對(duì)多目標(biāo)的定位精度，尤其是提高多目標(biāo)信號(hào)時(shí)域相關(guān)條件下的定位精度。

按照本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方案，一種信號(hào)波形已知條件下的多目標(biāo)直接定位方法，具體包含如下步驟：

步驟1.對(duì)N個(gè)觀測(cè)站的M通道陣列天線接收系統(tǒng)做時(shí)間同步，根據(jù)奈奎斯特采樣定理采集目標(biāo)輻射的無線電信號(hào)數(shù)據(jù)，獲得陣列信號(hào)時(shí)域數(shù)據(jù)；

步驟2.對(duì)每個(gè)觀測(cè)站的陣列信號(hào)時(shí)域數(shù)據(jù)在時(shí)域上劃分成K個(gè)子段，每個(gè)子段內(nèi)均包含有Q個(gè)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)子段內(nèi)的Q個(gè)數(shù)據(jù)樣本做基2-FFT運(yùn)算，得到陣列信號(hào)頻域數(shù)據(jù)；

步驟3.每個(gè)觀測(cè)站將所獲得的陣列信號(hào)頻域數(shù)據(jù)傳輸至中心站，中心站對(duì)每個(gè)觀測(cè)站傳輸?shù)年嚵行盘?hào)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行堆棧排列，構(gòu)造高維陣列信號(hào)頻域數(shù)據(jù)；

步驟4.中心站利用先驗(yàn)已知的信號(hào)波形信息以及高維陣列信號(hào)頻域數(shù)據(jù)，建立聯(lián)合估計(jì)多目標(biāo)位置參數(shù)和信號(hào)復(fù)傳播系數(shù)的最大似然估計(jì)準(zhǔn)則；

步驟5.基于最大似然估計(jì)準(zhǔn)則，通過數(shù)學(xué)推演得到僅關(guān)于多目標(biāo)位置參數(shù)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型；

步驟6.針對(duì)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型利用Gauss-Newton迭代算法進(jìn)行多目標(biāo)精確定位。

上述的，步驟1中第n個(gè)觀測(cè)站的陣列天線所接收到的信號(hào)時(shí)域模型為：