[發明專利]一種基于傳感器陣列到達時間差測量子集的加權定向方法

在審

• 申請號: 202011287829.6
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112462328A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 崔遜學;朱洪波;李學洋;孫廣慧
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于傳感器陣列到達時間差測量子集的加權定向方法，包含如下步驟：

(1)在指定區域內部署傳感器陣列，通過測量儀器獲得各傳感器精確地理位置對應的三維坐標向量s_i和全體矩陣S：

s_i＝[x_i，y_i，z_i]^T(i＝1...N)

S＝[s₁，...，s_N]^T

其中傳感器數目為(N+1)個，設定第(N+1)號傳感器為信號到達時間差的測量基準傳感器，并位于坐標系原點；

(2)各傳感器完成時間同步；

(3)陣列通過通信設備接收遠程控制端發出的采集數據指令，觸發各傳感器開始同步采集信號源傳播的信號；

(4)根據采集的傳播信號，估計出各傳感器相對于基準傳感器所構成的到達時間差向量

其中^表示測量值或估計量；

(5)如果已知信號傳播的速度，則由逐對的最小測量子集閉式計算波達方向，再加權組合，確定出信號源的最終方向角，然后執行步驟(7)，否則執行步驟(6)；

(6)由于未知信號傳播的速度，由所有的次最小測量子集計算波達方向，再加權組合，確定出信號源的最終方向角；

(7)輸出信號源的波達方向，采用通信設備傳送給遠程控制端；

(8)由遠程控制端判斷是否繼續采集信號源的數據，如果有新的定向任務，則將采集數據的啟動指令發送給陣列，重復步驟(3)～(7)。

2.根據權利要求1所述的一種基于傳感器陣列到達時間差測量子集的加權定向方法，其特征在于：所述步驟(5)具體包括如下步驟：

(5.1)采用線性最小二乘法計算信號源方位角和俯仰角θ的參考值：

k＝c(S^T∑^-1S)^-1S^T∑^-1τ

其中c為信號傳播的速度，∑是到達時間差測量噪聲的協方差矩陣，k和k_x，k_y，k_z分別表示波達方向矢量及其三個分量；

(5.2)針對最小測量子集的兩個測量方程，計算關于θ的負的偏導數和h_l，θ(l＝i，j)：

其中i＝1，...，N-1，j＝i+1，...，N；

(5.3)計算第i個和第j個傳感器形成的幾何精度因子指標GDOP^＜i，j：

其中tr(·)為求跡，(·)^-1為求逆；

(5.4)計算基于幾何精度因子的權重向量ρ，向量元素ρ(n)＝g(n)/||g||₁，g(n)＝1/GDOP^i，j，i＝1，...，N-1，j＝i+1，...，N，n＝1，...，C(N，2)，其中||·||₁為l-1范數，C(N，2)是N取2進行組合的數目；

(5.5)計算第n組測量子集的二個測量方程的公共解，獲得第n組測量子集的方位角和俯仰角的估計值

(5.6)如果第(5.5)步無解，則這組測量子集的估計結果權重置為0；

(5.7)歸一化ρ(n)，對取加權后獲得平均的定向結果