[發明專利]一種移動信號源定位方法

在審

• 申請號: 202011298272.6
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112540342A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 李莉萍;王浩
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 張祥騫

1.一種移動信號源定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

11)移動信號源數據的獲取：通過信號接收傳感器對移動信號源的信號進行測量，獲取信號接收傳感器接收信號時產生的到達時差TDOA、到達頻差FDOA和差分多普勒速率；

12)移動信號源的粗估計：通過引入冗余變量將測量方程線性化，利用拉格朗日乘子技術將約束應用到代價函數上，對代價函數求解獲得移動信號源的位置和速度的粗略估計；

13)移動信號源定位結果的獲得：利用冗余變量與移動信號源之間的關系，使用加權最小二乘法得到移動信號源的最終定位結果。

2.根據權利要求1所述的一種移動信號源定位方法，其特征在于，所述移動信號源數據的獲取包括以下步驟：

21)設移動信號源的位置和速度分別為u＝[x，y，z]^T和信號接收傳感器的位置和速度分別為s_i＝[x_i，y_i，z_i]^T和其中i＝1，2，...，M；

22)計算信號接收傳感器與移動信號源之間的真實距離、速度和加速度：

221)計算移動信號源與第i個信號接收傳感器之間的真實距離，其計算公式如下：

其中，代表移動信號源相對于第i個信號接收傳感器之間真實的距離，u^o代表移動信號源真實的位置，s_i代表第i個信號接收傳感器的位置；

222)計算移動信號源與第i個信號接收傳感器之間的真實速度，其計算公式如下：

其中，代表移動信號源相對于第i個信號接收傳感器之間真實的速度，代表移動信號源真實的速度，代表第i個信號源接收傳感器的速度；

223)設定在觀測窗口時間內信號接收傳感器的速度是恒定或接近恒定，計算移動信號源與第i個信號接收傳感器之間的真實加速度，其計算公式如下：

其中，代表移動信號源相對于第i個信號接收傳感器的真實加速度；

23)選擇第一個信號接收傳感器作為參考傳感器，計算出第i個信號接收傳感器與第一個信號接收傳感器之間的真實TDOA、FDOA和差分多普勒速率，其計算公式如下：

其中：

i＝2，3，...，M，c是信號傳播速度，λ_c為信號的波長，

和分別表示移動信號源信號到達第i個信號接收傳感器和第一個信號接收傳感器之間真實的時間差、頻率差和頻率變化率之差，即到達時間差TDOA、到達頻率差FDOA和差分多普勒速率；

和分別表示移動信號源信號相對于第i個信號接收傳感器和第一個信號接收傳感器之間真實的距離差、速度差和加速度差；

和分別代表真實的TDOA、FDOA和差分多普勒速率，由于與是一種簡單的線性關系，使用和來代替和

24)獲得TDOA、FDOA和差分多普勒速率的測量值模型，如下所示：

將i＝2，3，...，M帶入計算式(5)并整理成等式(6)

其中：

c是信號傳播速度，λ_c為信號的波長；r_i1、和分別表示測量的移動信號源信號到達第i個信號接收傳感器和第一個信號接收傳感器之間含有噪聲的距離差、速度差和加速度差；

Δr_i1、和分別表示測量和時所產生的噪聲，Δτ_i1、Δf_i1和分別表示測量和時所產生的噪聲，Δr＝[Δr₂₁，Δr₃₁，...，Δr_M1]^T代表TDOA噪聲向量，代表FDOA噪聲向量；

代表差分多普勒速率的噪聲向量，向量代表測量誤差向量，其分布服從均值為零，協方差矩陣為E[ΔαΔα^T]＝Q的高斯分布，代表含有噪聲的測量值向量，Q為測量誤差向量的協方差矩陣。