[發明專利]一種未知發射機位置的橢圓目標定位方法

在審

• 申請號: 202011440782.2
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112596026A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 鄭瑞超;王剛
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01S5/12
• 分類號: G01S5/12;G01S13/46
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明公開了一種未知發射機位置的橢圓目標定位方法。通過使用兩條路徑模型來聯合定位目標和發射機位置，一條是間接路徑模型即發射機到目標和目標到接收機之間的代數距離之和，另一條是直接路徑模型即發射機直接到接收機之間的代數距離。根據這兩條路徑模型，將聯合定位目標和發射機位置問題數學描述為非凸的約束優化問題，并通過凸松弛技術將其松弛為混合半正定/二階錐規劃問題，最后利用matlab中的CVX工具箱對該問題進行求解，從而得到比較精確的目標和發射機的位置。本發明的優點是，不需要事先知道發射機位置的先驗信息就可以很精確的定位出目標的位置。

技術領域

本發明屬于目標定位方法，具體涉及一種未知發射機位置的橢圓目標定位方法。

背景技術

目標定位在軍事和生活中都有著廣泛的應用。在軍事中用來發現敵方目標，在民用中可以用來汽車定位，井下搜救等，因此目標定位對于國防安全和生活息息相關。

目標定位需要布置一些已知位置的傳感器，通過傳感器與目標之間的通信收集一定的測量信息，然后運行定位算法完成定位。所收集的測量信息通常包括到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)以及功率信息。基于時間信息的定位由于定位精度高的特點而受到了廣泛關注。TOA定位通過尋找若干圓(二維) 或球(三維)的交點來估計目標位置，所以它又稱為圓(球)形定位。TDOA定位通過尋找若干條雙曲線的交點來估計目標位置而又被稱為雙曲線定位。而橢圓定位是通過尋找若干橢圓的交點來估計目標位置。橢圓定位廣泛應用于多(雙)基地雷達、聲納、無線傳感網絡中，最近又被應用于多輸入多輸出(MIMO) 雷達中。橢圓定位與流行的TOA和TDOA定位相比具有特定的優勢。首先，與TOA定位相比，橢圓定位不需要目標與傳感器之間進行合作，也不需要它們之間的時間同步。其次，與TDOA定位相比，現有的研究表明在所有傳感器(包括接收機和發射機)都時間同步的條件下，橢圓定位具有更高的定位精度。最后，橢圓定位具有更好的靈活性。它可以適用于所有傳感器時間不同步的場景，也可以適用于部分或全部傳感器時間同步的場景。

若發射機位置完全已知，則直射路徑不包含關于目標的任何信息，因此僅需要反射路徑信息實施定位。然而，在現實情況中，發射機的位置可能未知或非常不準確。例如，當發射機位置隨時間變化時，它的位置可能是不可靠或不實時的。或者，發射機處于GPS無法通信的位置從而導致GPS不能提供其位置估計。實際上，在很多系統設計中，有意設定未知發射機的位置，這樣發射機僅作為照射源，從而在硬件要求上大大降低。在這種情況下，現有文獻中的橢圓定位方法幾乎都無法適用。本文是在未知發射機位置的條件下，提出了一種新的算法來聯合估計目標和發射機的位置。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種在發射機位置未知情況下基于時延測量的橢圓定位方法，通過建立關于目標位置參數的優化問題，并采用半正定松弛技術，獲得該優化問題的近似最優解。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種未知發射機位置的橢圓目標定位方法，包括以下步驟：

①橢圓定位模型并建立坐標系：在多輸入多輸出(MIMO)雷達系統中建立一個平面坐標系作為參考坐標系；設定該系統中存在M個用于發射信號的發射機且其真實位置是未知的(1≤i≤M)，其中第i個發射機在參考坐標系中的位置記為t_i，N個用于接收信號的接收機，其真實位置已知或者已知其帶有測量誤差的位置(1≤j≤N)，并將其第j個發射機在參考坐標系中的位置記為s_j，且設定發射機和接收機時鐘同步，另外存在一個未知其真實位置的目標，將其在參考坐標系下的位置記為 u^o；