[发明专利]一种基于改进到达频率差的水下目标定位方法

说明书

本发明公开了一种基于改进到达频率差的水下目标定位方法。步骤1：从输入信号获取解算所需的时延差信息和频率差信息；步骤2：根据获得的时延差和频率差信息建立目标位置的解算方程；根据获得的信息，建立水下机动平台与目标在两个不同的位置的时延差关系方程和频率差关系方程，组成定位解算方程组；步骤3：采用牛顿迭代法对方程进行求解，若求出的结果不符合迭代精度要求，再重复进行循坏求解，直到符合求解的精度要求，最终完成定位精确解算。本发明改进了传统频率差卫星定位方法，使之能应用于水声定位场合，有效提高了水声定位系统定位精度并降低了软硬件设计难度。

技术领域

本发明属于水下目标定位领域；具体涉及一种基于改进到达频率差的水下目标定位方法。

背景技术

对于到达频率差定位(Frequency Difference of Arrival,FDOA)，多用于卫星、无线电定位领域，由于辐射源与多站间存在相对运动而使到达信号产生多普勒频移，通过测量不同接收站之间到达信号频率差值，进而解算出目标自身位置信息。对于水下目标探测，由于水下航行器航速和信号载波频率远低于卫星和无线电探测，加上水下环境恶劣，信号的频率分辨率较低，无法准确测量目标方位，则传统的FDOA方法在水下环境不适用。

发明内容

本发明提供了一种基于改进到达频率差的水下目标定位方法，适应了水下定位的解算条件，提升了定位解算精度。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于改进到达频率差的水下目标定位方法，所述水下目标定位方法包括以下步骤：

步骤1：从输入信号获取解算所需的时延差信息和频率差信息；

步骤2：根据获得的时延差和频率差信息建立目标位置的解算方程；根据获得的信息，建立水下机动平台与目标在两个不同的位置的时延差关系方程和频率差关系方程，组成定位解算方程组；

步骤3：采用牛顿迭代法对方程进行求解，若求出的结果不符合迭代精度要求，再重复进行循坏求解，直到符合求解的精度要求，最终完成定位精确解算；由于定位解算方程为非线性方程组，采用牛顿迭代算法对方程组进行求解以获得目标的位置坐标。

进一步的，所述步骤1中时延差信息，采用Notch滤波器或匹配滤波器进行高精度信号到达时间估计；

所述到达时延差的定义为：

t_d(n₂,n₁)＝t_n2-t_n1 ⑴

式中：t_n为第n个周期脉冲信号的到达时间，接收到第n个周期脉冲信号时机动平台的位置称为第n个定位节点位置；

频率差信息，先获取信号的相位，则频率差就是对相位求导再作差；

到达频率差的定义为：

f_d(n₂,n₁)＝f_n2-f_n1 ⑵

式中：f_n为第n个周期脉冲信号的到达频。

进一步的，所述频率是信号相位的导数，多普勒频率为：

式中：s₀(t)为初始发射信号，s_n(t)为机动平台在第n个定位节点接收到的信号，∠*为信号的相位；

频差信息为：

式(4)为计算不同定位节点的到达信号的相位导数之间的差；则多普勒分辨率与信号相位测量精度有关。