[發明專利]一種基于信號強度的單站無源定位方法

有效

• 申請號: 202111010300.4
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113805141B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 葛致磊;馬少雄;張楊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;中國航天科技集團有限公司第八研究院第八0四研究所
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明提出一種基于信號強度的單站無源定位方法，在傳統空時域與空頻域模型的基礎上引入了信號強度這一新的觀測量，使得觀測信息更加豐富，能夠有效地提高跟蹤精度降低跟蹤誤差。同時采用了濾波誤差最小的IMM濾波方法。在兩者的同時加持下，整個無源定位方法精度更高、誤差更小，相較于傳統模型和濾波方法定位精度高。

技術領域

本發明屬于無源定位領域，特別涉及一種基于信號強度的單站無源定位方法。

背景技術

無源定位技術作為一種定位技術，通常通過觀測目標的空域信息、時域信息或頻域信息，結合目標運動模型經過濾波從而得到目標的實時狀態。目前多數的無源定位研究方法大多采用傳統的空時域模型或空頻域模型。

霍光的《基于容積卡爾曼濾波的單站無源定位跟蹤算法研究》中采用空頻域定位模型，以一種新型的Sigma點濾波算法——容積卡爾曼濾波(Cubature?Kalman?Filter,CKF)為基礎展開研究，并在CKF中引入時變漸消因子來調節狀態協方差、新息協方差以及互協方差，從而在線調整濾波器增益矩陣，增強系統的自適應跟蹤能力。祝詠晨《單站無源定位原理淺析》中探討了一種基于目標頻域和空域參數測量信息，利用固定單站對機動模型進行無源定位跟蹤的算法，并在建立目標機動模型與測量方程的基礎上運用修整增益的擴展卡爾曼濾波(MGEKF)算法，實現了對機動目標的定位跟蹤。張志《機載單站無源定位關鍵技術研究》同時建立了空時域模型與空頻域模型，沒有將二者結合而是分別分析并驗證兩種模型的優劣，并采用UKF對模型進行定位濾波。

這些單站無源定位方法基本均建立在空時域和空頻域模型的基礎上，觀測量相對較少，跟蹤算法所能得到的觀測信息相對較小，較少的觀測信息可能會降低定位跟蹤的精度。以下引入信號強度的定義：

信號強度定義為目標接受到信號的強度，當目標與觀測站距離越遠時，觀測站接收到的信號強度越弱，因此可以將這一參數作為定位依據。基于信號強度的定位方式既無需嚴格的同步保證，也無需成本較高的陣列天線，在其它領域已有較多應用，如室內定位、聲源定位、無線定位等，但在單站無源定位中基本沒有研究，將其引入無源定位中可彌補這方面的空白。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了提高單站無源定位的精度，使得單站無源定位能夠廣泛應用于工程上，本發明提供一種基于信號強度的單站無源定位方法。該定位模型中觀測方程將角度、到達時間差、多普勒頻率、信號強度觀測量結合起來構成新的定位模型，通過多參數提高定位性能。仿真結果表明該方法的定位精度較高。

本發明的技術方案是：一種基于信號強度的單站無源定位方法，包括以下步驟：

步驟1：建立信號強度的傳輸模型并以此作為觀測量：

RSS＝10log₁₀P_r(d₀)-10αlog₁₀d+10αlog₁₀d₀+X_σ

其中d₀為參考距離為一個定值，P_r(d₀)為d₀距離所能接收到的平均能量，d為發送者與接收者之間的距離，α是Pass?Loss指數，一般為經驗值，障礙物越多α數值越大，RSS為信號強度，X_σ為由褪色效應引起的均值為零，方差為σ²且服從高斯正態分布的隨機變量；

步驟2：建立濾波模型，包括以下子步驟：

步驟2.1：狀態模型

X(k)＝f(k/k-1)X(k-1)+V(k)

其中，