[发明专利]基于多普勒频率差和压缩感知的单站无源定位方法

说明书

本发明公开了一种基于多普勒频率差和压缩感知的单站无源定位方法，其实现过程是：(1)获取多普勒频率差的实际值；(2)构建多普勒频率差的实际测量值集合；(3)构建多普勒频率差的“伪测量值”集合；(4)估计待定位目标的位置；本发明以离散时间域内多普勒频率差的“伪测量值”集合为基础，构建压缩感知模型中的观测向量和字典矩阵，求解基于压缩感知的单站无源定位方程，得到多个待定位目标在待定位目标观测平面中的位置，提高了运动的单站测量平台对多个目标同时进行无源定位的效率，可用于待定位目标个数未知的情况下，运动的单站测量平台对多个目标的无源定位。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无源定位技术领域中的一种基于多普勒频率差和压缩感知的单站无源定位方法。本发明可用于空中运动中的飞机、卫星、无人机等单站对地面设置的雷达或者通信设备等多目标进行无源定位。

背景技术

在单站无源定位过程中，单站的天线会截获地面设置的雷达或者通信设备等目标发出的电磁信号，传统的单站无源定位方法通常基于从电磁信号中提取的到达角、到达时间等信息，构建非线性方程对目标位置进行确定，因此，当涉及网格或随机搜索时，计算复杂度很高。实际应用中，除了要对单个目标进行定位，对多目标的定位也有越来越多的需求，然而传统的单站无源定位方法对多目标进行定位的过程更加复杂，并且需要目标个数等先验信息。

中国航天科工集团八五一一研究所在其申请的专利文献“一种基于TOA变化率的单通道无源定位方法”(专利申请号201611188289.X，申请公开号CN108205121A)中公开了一种基于TOA变化率的单通道无源定位方法。该方法的具体步骤为：观测站接收目标信号，得到目标信号的到达时间序列，根据到达时间序列估计出TOA变化率，在观测的位置范围内，假定目标位置，利用目标位置粗估计值，计算梯度和Hessian矩阵，再利用计算结果更新位置估计值，若更新后的位置估计值满足条件，则完成定位，否则，重新计算梯度和Hessian矩阵。该方法只要求观测站以一定的速度运动，而不要求观测站以一定的加速度运动，应用范围更广。但是，该方法仍然存在的不足之处是，在估计目标位置的过程中需要进行求解梯度、Hessian矩阵等复杂计算，导致定位效率低。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“宽带多目标机载单站无源定位方法”(专利申请号201410819694.1，申请公开号CN104515971A)中公开了一种宽带多目标机载单站无源定位方法。该方法的具体步骤如下：第一步，对远场宽带辐射源信号进行采样，再通过分数阶傅里叶变换将阵元接收的宽带观测信号窄带化；第二步，构建每个信号在分数阶傅里叶变换域中的信号向量，利用信号向量求时间平均自相关矩阵，并做特征值分解；第三步，构建每个信号距离形式的导向矩阵；第四步，对目标函数搜索极大值，极大值点处对应的坐标即为目标的位置。该方法虽然克服了现有技术无法对多个待定位目标进行单站无源定位的难题。但是，该方法仍然存在的不足之处是，在进行多个目标的单站无源定位前需要预先知道目标的个数，导致无法在待定位目标个数未知的情况下实现对多目标的单站无源定位。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于多普勒频率差和压缩感知的单站无源定位方法。

实现本发明目的的思路是，通过计算运动的单站无源测量平台在每个观测点处获取的多个待定位目标的频率，得到相应于每个待定位目标的多普勒频率差的理论值，构造每个时刻多普勒频率差的实际测量值集合，通过坐标转换、傅里叶逆变换和采样，转换成多普勒频率差的“伪测量值”集合，再通过向量化和转置操作，得到压缩感知中的观测向量和字典矩阵，利用位置估计公式，计算待定位目标的位置估计向量，最终得到多个待定位目标在待定位目标观测平面中的位置。

本发明方法的具体步骤包括如下：

(1)获取多普勒频率差的理论值：

(1a)利用信号频率计算公式，计算每个待定位目标在每个时刻的频率；