[发明专利]一种运动多站无源时差频差联合定位方法

说明书

本发明公开了一种运动多站无源时差频差联合定位方法，属于无源定位技术领域。包括以下步骤：建立时差定位模型；建立频差定位模型；构造时差频差观测矩阵ε₁，设计适应度函数；初始化种群及各项参；评价每个粒子的适应度函数值；对所有粒子进行排序；当算法满足终止条件时输出当前全局最优值：重构时差频差矩阵ε₂；得到加权最小二乘解为θ₂和其协方差矩阵cov(θ₂)；求出辐射源的位置与速度。本发明对时差频差观测矩阵得到的适应度函数进行最优值求解，将粒子群优化算法与最小二乘算法相结合，在四基站的情况下能够实现对目标的高精度定位，同时求出目标的速度信息。本发明能够实现对辐射源位置的高精度估计，不受站址布局的限制，具有较高的定位估计精度。

技术领域

本发明属于无源定位技术领域，具体涉及一种运动多站无源时差频差联合定位方法。

背景技术

在电子对抗领域中无源定位技术具有重要的应用前景，引起了航海、航天、军事侦察、 全球卫星导航等各个领域的广泛关注。无源定位技术具有定位精度高、作用距离远、战场生 存能力强等特点，能够快速的实现对目标的精确定位与轨迹跟踪。近些年来，时差频差联合 定位技术得到了迅速的发展和完善，与其它定位体制相比更适用于多基站协同定位系统从而 完成对目标的精确定位。对于运动的辐射源来说，基站所接收的信息回波中包含到达时间差 (time difference of arrival,TDOA)以及多普频率差(frequencydifference of arrival,FDOA)等信 息，通过利用增加的观测量可以更准确地估计目标的位置和速度，且具有实时性好、侦查范 围广、定位精度高等优点，其中收集的多普勒频差这一信息恰好弥补了单独时差定位方法中 存在的定位模糊和无解问题，当站址布局一定的情况下TDOA/FDOA联合定位方法避免了地 球曲率的遮挡效应，同时提高了辐射源的定位精度。目前，TDOA/FDOA多站协同定位系统 中的非线性方程组易使定位结果出现偏差，且存在运算量大，计算复杂度高等问题，为防止 定位结果陷入局部最优以及加快算法的收敛速度许多学者都提出了相应的看法。例如杨洁等 (西安电子科技大学学报，2015年第42卷第4期，迭代时差频差联合定位算法及其性能分 析)所提方法是利用时差频差观测矩阵进行泰勒级数展开，通过迭代方法当算法满足收敛条 件时求得目标位和速度。该方法能有效的降低计算量，但在数据处理过程中，测量误差需要 服从高斯分布否则定位精度明显下降。

发明内容

本发明的目的在于提供解决运动多站无源定位系统中存在的非线性最优化问题，在基站 个数较少的情况下对辐射源实现高精度定位，且能够求出运动辐射源的当前速度的一种运动 多站无源时差频差联合定位方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种运动多站无源时差频差联合定位方法，包括以下步骤：

(1)建立时差定位模型，分别确定主站与辅站的坐标位置，计算目标与各个基站的真实 距离d_i,i＝1,2,...,M，得出目标与主站之间的距离d₁以及目标与辅站之间的距离d_i,(i≠1)，M 个基站可以形成M-1组距离差d_i1,(i≠1)；

(2)建立频差定位模型，对目标与各个基站的真实距离d_i进行求导得到距离变化率，同 时求取时差方程中的时间导数得到距离差变化率，噪声服从均值为0，方差为σ²的高斯分布；

(3)引入辅助变量d₁和构造时差频差观测矩阵ε₁，考虑误差对定位精度的影响，并设 计适应度函数；

(4)初始化种群及各项参数，设置种群的规模、问题的维数、最大迭代次数加速度常数 和搜索区域范围，随机生成粒子的速度与位置：