[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)到達(dá)頻率差的水下目標(biāo)定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011351931.8
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112684411B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫思博;梁國龍;明瑞和;曲龍;付進(jìn);王燕;王逸林;張光普;齊濱;鄒男
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)到達(dá)頻率差的水下目標(biāo)定位方法。步驟1：從輸入信號獲取解算所需的時延差信息和頻率差信息；步驟2：根據(jù)獲得的時延差和頻率差信息建立目標(biāo)位置的解算方程；根據(jù)獲得的信息，建立水下機動平臺與目標(biāo)在兩個不同的位置的時延差關(guān)系方程和頻率差關(guān)系方程，組成定位解算方程組；步驟3：采用牛頓迭代法對方程進(jìn)行求解，若求出的結(jié)果不符合迭代精度要求，再重復(fù)進(jìn)行循壞求解，直到符合求解的精度要求，最終完成定位精確解算。本發(fā)明改進(jìn)了傳統(tǒng)頻率差衛(wèi)星定位方法，使之能應(yīng)用于水聲定位場合，有效提高了水聲定位系統(tǒng)定位精度并降低了軟硬件設(shè)計難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下目標(biāo)定位領(lǐng)域；具體涉及一種基于改進(jìn)到達(dá)頻率差的水下目標(biāo)定位方法。

背景技術(shù)

對于到達(dá)頻率差定位(Frequency Difference of Arrival,FDOA)，多用于衛(wèi)星、無線電定位領(lǐng)域，由于輻射源與多站間存在相對運動而使到達(dá)信號產(chǎn)生多普勒頻移，通過測量不同接收站之間到達(dá)信號頻率差值，進(jìn)而解算出目標(biāo)自身位置信息。對于水下目標(biāo)探測，由于水下航行器航速和信號載波頻率遠(yuǎn)低于衛(wèi)星和無線電探測，加上水下環(huán)境惡劣，信號的頻率分辨率較低，無法準(zhǔn)確測量目標(biāo)方位，則傳統(tǒng)的FDOA方法在水下環(huán)境不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)到達(dá)頻率差的水下目標(biāo)定位方法，適應(yīng)了水下定位的解算條件，提升了定位解算精度。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于改進(jìn)到達(dá)頻率差的水下目標(biāo)定位方法，所述水下目標(biāo)定位方法包括以下步驟：

步驟1：從輸入信號獲取解算所需的時延差信息和頻率差信息；

步驟2：根據(jù)獲得的時延差和頻率差信息建立目標(biāo)位置的解算方程；根據(jù)獲得的信息，建立水下機動平臺與目標(biāo)在兩個不同的位置的時延差關(guān)系方程和頻率差關(guān)系方程，組成定位解算方程組；

步驟3：采用牛頓迭代法對方程進(jìn)行求解，若求出的結(jié)果不符合迭代精度要求，再重復(fù)進(jìn)行循壞求解，直到符合求解的精度要求，最終完成定位精確解算；由于定位解算方程為非線性方程組，采用牛頓迭代算法對方程組進(jìn)行求解以獲得目標(biāo)的位置坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述步驟1中時延差信息，采用Notch濾波器或匹配濾波器進(jìn)行高精度信號到達(dá)時間估計；

所述到達(dá)時延差的定義為：

t_d(n₂,n₁)＝t_n2-t_n1 ⑴

式中：t_n為第n個周期脈沖信號的到達(dá)時間，接收到第n個周期脈沖信號時機動平臺的位置稱為第n個定位節(jié)點位置；

頻率差信息，先獲取信號的相位，則頻率差就是對相位求導(dǎo)再作差；

到達(dá)頻率差的定義為：

f_d(n₂,n₁)＝f_n2-f_n1 ⑵

式中：f_n為第n個周期脈沖信號的到達(dá)頻。

進(jìn)一步的，所述頻率是信號相位的導(dǎo)數(shù)，多普勒頻率為：

式中：s₀(t)為初始發(fā)射信號，s_n(t)為機動平臺在第n個定位節(jié)點接收到的信號，∠*為信號的相位；

頻差信息為：

式(4)為計算不同定位節(jié)點的到達(dá)信號的相位導(dǎo)數(shù)之間的差；則多普勒分辨率與信號相位測量精度有關(guān)。