[发明专利]井下无源动目标定位方法

权利要求书

1.一种井下无源动目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定多频连续波的多个信号频率，并通过多个收发装置的发射天线按时间顺序周期循环地发射所述多频连续波作为测距信号，其中，同一时刻所述多个收发装置的发射天线所发射的信号频率各不相同，收发装置的个数大于等于4；

其中，通过遗传算法或禁忌搜索算法确定最优的多频连续波的多个信号频率组合；所述遗传算法所选择的中心频率为916MHz和2.4GHz，利用遗传算法中的选择、交叉、变异操作，在所述中心频率附近产生最优的多频连续波的多个信号频率组合；

确定多频连续波的多个信号频率包括：

首先定义一个阈值方程：

其中，λ_i为第i个频率正弦波的波长，Z是整数集合，R_max为可测得的最远距离，每个a_i都是整数且至少有一个非零；

由下式确定T(f,R_max)的范围：

其中，λ_max、λ_min分别为所产生的频率组合中最大和最小的波长值，其对应的频率分别为f_min、f_max；

设发射信号按照频率从大到小排序为f₁、f₂、f₃、f₄，则f₁＝f_max、f₄＝f_min、λ₁＝λ_min、λ₄＝λ_max，且带宽百分比

令各个频率相位误差的最大值为满足

其中，在第一个时刻，四个收发装置S₁、S₂、S₃、S₄发射天线发送的频率分别为f₁、f₂、f₃、f₄；在第二个时刻，四个收发装置S₁、S₂、S₃、S₄发射天线发送的频率分别为f₂、f₃、f₄、f₁；在第三个时刻，四个收发装置S₁、S₂、S₃、S₄发射天线发送的频率分别为f₃、f₄、f₁、f₂；在第四个时刻，四个收发装置S₁、S₂、S₃、S₄发射天线发送的频率分别为f₄、f₁、f₂、f₃在第五个时刻，发射的信号与第一时刻相同，按此规律循环，其中，相邻两个时刻的时间间隔均为Vt；

井下无源动目标上的无源标签接收所述测距信号，并采用与其他无源标签不同的调制码对反馈信号进行调制后发送；

经过多径信道，所述多个收发装置的接收天线分别接收第一个回波，并利用码的自相关特性对所述无源标签发送的反馈信号进行解调，然后利用相干相位检测技术，计算载波相位；

相干相位检测包括：

对于4个频率的测距信号，通过振荡器产生两个相同的、频率为f的正弦波信号分别用于发射端和接收端，所述无源标签发送的反馈信号通过低通滤波器和低噪声放大器进入混频器，与本振信号混频产生基带信号；

通过多频连续波测距模块得到每个所述收发装置与所述井下无源动目标之间的测距距离；

其中，收发装置与所述井下无源动目标之间的距离表示为：

其中n_i是模糊数，e_i是测量误差，由相位误差确定，的取值范围是是第i(1≤i≤4)个频率f_i作用下的相位差测量值，满足其中是没有多径干扰情况下的理想相位差；

根据直接测量所得的模糊距离为

通过有约束的最小均方误差的方法来优化距离R：

约束条件是，对于所有i≠j满足：

-R_max-λ_i＜n_iλ_i≤R_max

其中Φ＝maxT(f，R_max)，所述约束条件成立，得到无模糊的最接近真实值的距离，否则所述约束条件不成立，那么放松阈值Φ，即

Φ^m+1＝Φ^mω其中，ω是松弛因子，为大于1的常数，m表示第m次设置阈值；

通过几何定位模块利用所述多个收发装置的位置坐标和与所述井下无源动目标之间的测距距离，确定所述井下无源动目标的三维位置坐标。

2.根据权利要求1所述的井下无源动目标定位方法，其特征在于，4个收发装置的位置坐标S₁(x1，y1，z1)、S₂(x2，y2，z2)、S₃(x3，y3，z3)、S₄(x4，y4，z4)，4个收发装置S₁、S₂、S₃、S₄与所述井下无源动目标之间的测距距离分别为R₁、R₂、R₃、R₄，4个收发装置与所述井下无源动目标之间的测距距离的四个球面方程可构成方程组：

对所述方程组进行求解得到所述井下无源动目标的三维位置坐标(x,y,z)。