[發明專利]基于兩步加權最小二乘的時差定位方法、裝置和存儲介質

有效

• 申請號: 202211249658.7
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115508774B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 謝吳鵬;劉光宏;葛建軍;武艷偉
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司信息科學研究院
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06;G06F17/11;G06F17/16
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

本發明公開了基于兩步加權最小二乘的時差定位方法、裝置和存儲介質，步驟1，基于目標輻射源的非合作信號到達不同信號接收站的時間差構建基于TDOA的目標輻射源位置方程組，定義輔助向量，將所述目標輻射源位置方程組轉化為線性方程組，利用加權最小二乘法計算得到輔助向量估計值，并計算所述輔助向量估計值的協方差矩陣;步驟2，基于所述輔助向量估計值，構建基于TDOA的目標輻射源位置約束方程，利用加權最小二乘法計算得到目標輻射源最終位置。通過仿真驗證在較小噪聲條件（實際場景中分布式無源定位系統能輕易達到的）下，該方法能達到克拉美羅下界（Cramer?Rao?Lower?Bound,CRLB）能夠避免最終定位結果對初值選取的依賴，提升分布式電子偵察無源定位系統的定位精度。

研究領域

本發明屬于電子偵察技術領域，尤其涉及基于到達時間差的分布式無源定位方法。

背景技術

基于到達時間差（Time?Difference?of?Arrival,?TDOA）的分布式無源定位，又稱為時差法多站無源定位，是指通過分布在不同地方的多個信號接收站對來自同一目標輻射源的非合作信號進行接收處理，從而獲得目標輻射源的非合作信號到達不同信號接收站的時間差，根據時間差信息建立包含輻射源位置的相關定位方程，實現對目標輻射源位置的解算。

對于傳統的迭代方法，主要有以梯度下降法、牛頓法、高斯-牛頓迭代法、Levenberg-Marquardt方法等為代表的局部優化算法和以粒子群算法、遺傳進化算法等為代表的全局優化算法，其共同的特點為將目標輻射源的位置設置為待求解參數，通過最優化算法對目標函數進行迭代，使其低于設定的閾值或達到最大迭代步數停止迭代，從而得到最終的目標輻射源位置。其中，局部優化算法收斂速度快，但其易受初值影響，對先驗信息極度依賴；全局優化算法雖然在一定程度上減少了對初值選取的依賴，但仍受制于先驗信息的準確度，且其迭代耗時更長。

因此，對基于到達時間差的分布式無源定位系統，需要一個更加精確的定位方法，對于電子偵察無源分布式定位系統性能的提升非常關鍵。

發明內容

本發明針對基于到達時間差的分布式無源定位方法展開研究，針對現有技術中遇到的問題，本發明設計一種基于兩步加權最小二乘的時差定位方法，能夠避免最終定位結果對初值選取的依賴，提升分布式電子偵察無源定位的定位精度。該方法通過定義輔助向量將非線性的基于TDOA的目標輻射源位置方程組轉化為線性方程組，利用加權最小二乘法計算得到輔助向量估計值；基于第一步的輔助向量估計值構建基于TDOA的目標輻射源位置約束方程組，利用加權最小二乘法計算得到最終的目標輻射源坐標，從而提升分布式電子偵察無源定位系統的定位精度。

本發明要解決的技術問題可通過以下技術方案實現，一種基于兩步加權最小二乘的時差定位方法,其步驟如下：

步驟1：基于目標輻射源的非合作信號到達不同信號接收站的時間差構建基于TDOA的目標輻射源位置方程組，定義輔助向量，將所述目標輻射源位置方程組轉化為線性方程組，利用加權最小二乘法計算得到輔助向量估計值，并計算所述輔助向量估計值的協方差矩陣；

優選的步驟1包括：

所述信號接收站為M個(M=3,M為正整數)，假設所述目標輻射源的位置，第個所述信號接收站的位置為，所述信號接收站的位置測量誤差忽略不計，則，各所述信號接收站與所述目標輻射源之間的真實距離可表示為：

…(1)

選取任意一個信號接收站為主站，其余信號接收站為輔站，則目標輻射源到主站與各輔站之間的真實距離差為：

…(2)

其向量形式為。

步驟1.2：聯合步驟1.1中式(1)-(2)得到基于TDOA的目標輻射源位置方程組為：

…(3)