[發明專利]用于無人機協同TDOA/FDOA復合定位的參數估計方法及系統

在審

• 申請號: 202010989479.1
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112114296A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 王玉冰;梁曉龍;柏鵬;任寶祥;鄭萬澤;張佳強
• 申請（專利權）人: 王玉冰;梁曉龍
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

本發明屬于雷達信號處理技術領域，特別涉及一種用于無人機協同TDOA/FDOA復合定位的參數估計方法及系統，包含：假設相參雷達發射線性調頻脈沖串，設定雷達信號在一個脈沖內傳播時間為快時間，脈沖之間的時間為慢時間；針對協同下各無人機接收信號，沿快時間對各接收信號進行傅里葉變換，并對快速傅里葉變換結果進行共軛相乘；沿慢時間對共軛相乘結果進行內插，以擴展信號頻率范圍；利用重采樣消除距離頻率和慢時間之間的耦合，將不同距離頻率上的到達頻率差校正為相同結果，利用逆離散傅里葉變換進行信號能量相參積累，以獲取真實到達時間差和達到頻率差參數。本發明能夠以較低的計算量實現TDOA/FDOA參數的估計，穩健又高效，更適合于實際應用。

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，特別涉及一種用于無人機協同TDOA/FDOA復合定位的參數估計方法及系統。

背景技術

通過無人機進行協同定位已被廣泛應用于軍用和民用諸多領域，例如搜索、救援和監視。當前有多種被動定位測量方法，包括到達時間差(Time difference of arrival,TDOA)、到達角(Angle of arrival,AOA)、接收信號強度(Received signal strength,RSS)等。當目標和傳感器之間存在相對運動時，利用到達頻率差(Frequency difference ofarrival,FDOA)可以有效地提高估計性能。實際運用中，不同測量方法的組合可以進一步提高定位精度，TDOA/FDOA復合定位在理論分析和實際實驗中都引起了極大的關注。TDOA/FDOA定位的基本參數分別是到達時間差和到達頻率差，這些參數可以通過對空間分布傳感器接收到的輻射源信號進行處理來提取。特別是在非合作場景下，即使沒有信號和噪聲的先驗知識，也可以通過計算TDOA/FDOA來實現目標定位。因此，TDOA/FDOA的參數估計性能和抗噪聲性能對定位精度有重要影響。

利用兩路接收信號進行TDOA/FDOA參數估計，最具代表性的方法是互模糊函數(CAF)及其改進算法。在窄帶假設下，兩通道信號之間的差異體現在固定時延和多普勒頻率上。通過搜索這兩個參數，可以精確估計TDOA和FDOA。然而，CAF的巨大計算量使其難以在實際中應用。隨著雷達系統帶寬的提升，觀測時間內很可能會出現距離徙動(RangeMigration，RM)線性，這將會使得信號能量分布在多個時間和多普勒單元中。因此，CAF類算法將出現嚴重的性能損失甚至失效。

發明內容

為此，本發明提供一種用于無人機協同TDOA/FDOA復合定位的參數估計方法及系統，以較低的計算量實現TDOA/FDOA參數的估計，穩健又高效，更適合于實際應用。

按照本發明所提供的設計方案，一種用于無人機協同TDOA/FDOA復合定位的參數估計方法，包含如下內容：

假設相參雷達發射線性調頻脈沖串，設定雷達信號在一個脈沖內傳播時間為快時間，脈沖之間的時間為慢時間；針對協同下各無人機接收信號，沿快時間對各接收信號進行傅里葉變換，并對快速傅里葉變換結果進行共軛相乘；

沿慢時間對共軛相乘結果進行內插，以擴展信號頻率范圍；

利用重采樣消除距離頻率和慢時間之間的耦合，將不同距離頻率上的到達頻率差校正為相同結果，利用逆離散傅里葉變換進行信號能量相參積累，以獲取真實到達時間差和達到頻率差參數。

作為本發明用于無人機協同TDOA/FDOA復合定位的參數估計方法，進一步地，針對雷達發射的線性調頻脈沖串，依據快時間、慢時間、脈沖數、脈沖重復間隔及脈沖重復頻率對雷達發射信號進行批處理，獲取慢時間下雷達發射信號快時間表示。

作為本發明用于無人機協同TDOA/FDOA復合定位的參數估計方法，進一步地，針對共軛相乘結果，對距離頻率進行逆傅里葉變換，獲取信號包絡位置變換；依據信號包絡位置變換、共軛相乘結果及徑向速度差，獲取共軛相乘結果在慢時間維的離散形式表示。