CN107144815B - 一种基于一维测向的三维定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种通过多个观测站对目标的一维测向来实现对目标的三维定位的方法。一种基于一维测向的三维定位方法，首先，确定每个观测站线阵的阵元个数m以及阵元间距d，确定每个观测站的线阵与地平面直角坐标x轴的夹角αn以及信号中心频率f；然后，每个线阵获得接收信号向量sn；其次，得到每个线阵测向的代价函数cn(gi)；最后，对方程组进行伪线性处理后得到线性方程组的矩阵形式Pμ＝q，并计算线性方程组的最小二乘解
Figure DDA0001292961560000011
利用最小二乘解
Figure DDA0001292961560000012
得到目标位置的三维坐标估计

Description

一种基于一维测向的三维定位方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，涉及一种通过多个观测站对目标的一维测向来实现对目标的三维定位的方法。
背景技术
无线定位技术基于对信号的不同度量方式，可分为测距定位、测向定位以及惯性定位等。其中测向定位方法由于其可探测距离远，隐蔽性好等特性，在无线电探测等领域中应用广泛。
传统的测向定位方法，每个观测站利用线阵或面阵分别对目标进行一维或二维测向，然后结合观测站的地理坐标进行交叉定位，计算目标位置的二维坐标或三维坐标。使用现有的测向定位方法对目标进行三维定位，需要每个观测站使用面阵同时测量目标的方位角和俯仰角，导致布设的天线阵列成本较高，且难以布设在某些特定的狭窄区域内。但是，通过多个观测站对目标的一维测向来实现对目标的三维定位的方法尚未有发明专利公开。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中目标三维测向定位需要每个观测站用面阵同时测量目标的方位角和俯仰角的问题，利用多个观测站的线阵与x轴的夹角的不同，弥补了线阵无法测量目标俯仰角的不足，使每个观测站只需要利用线阵测量目标的方位角也能实现对目标的三维定位。
本发明的技术方案为：首先，将观测站放置于地平面上，初始化确定观测站数目N以及每个观测站位置坐标Bn，确定每个观测站线阵的阵元个数m以及阵元间距d，确定每个观测站的线阵与地平面直角坐标x轴的夹角αn以及信号中心频率f；然后，每个观测站利用线阵接收目标信号，每个线阵获得接收信号向量sn；其次，将(-1,1)区间等分成L个网格点gi∈(-1,1)，构造方向向量a(gi)并分别与每个观测站的线阵的接收信号向量sn作相关得到每个线阵测向的代价函数cn(gi)；接着，对网格点gi进行一维搜索，找出使得代价函数cn(gi)取最大值对应的网格点gi，得到每个线阵对目标方位角的估计
Figure BDA0001292961550000021
然后利用每个观测站坐标Bn、每个线阵与地平面直角坐标x轴夹角αn以及每个线阵对目标方位角的估计建立方程组；最后，对方程组进行伪线性处理后得到线性方程组的矩阵形式Pμ＝q，并计算线性方程组的最小二乘解
Figure BDA0001292961550000023
利用最小二乘解
Figure BDA0001292961550000024
得到目标位置的三维坐标估计
Figure BDA0001292961550000025
一种基于一维测向的三维定位方法，具体步骤如下：
S1、将观测站放置于地平面上，初始化确定观测站数目N以及每个观测站位置坐标Bn，确定每个观测站线阵的阵元个数m以及阵元间距d，确定每个观测站的线阵与地平面直角坐标x轴的夹角αn以及信号中心频率f，其中，n＝1,2,...,N；
S2、每个观测站利用线阵接收目标信号，第n个观测站的线阵获得接收信号向量sn；
S3、将(-1,1)区间等分成L个网格点gi∈(-1,1)，构造方向向量
Figure BDA0001292961550000026
并分别与第n个观测站的接收信号向量sn作相关得到第n个观测站的线阵测向的代价函数cn(gi)为cn(gi)＝|aH(gi)sn|，其中，T表示向量的共轭转置，H表示向量的共轭转置，i＝1,2,...,L；
S4、对网格点gi进行一维搜索，找出使得代价函数cn(gi)取最大值对应的网格点gi，得到第n个观测站的线阵对目标方位角的估计为
Figure BDA0001292961550000027
S5、利用每个观测站坐标Bn、每个线阵与地平面直角坐标x轴夹角αn以及每个观测站的线阵对目标方位角的估计
Figure BDA0001292961550000031
建立方程组
Figure BDA0001292961550000032
其中，
Figure BDA0001292961550000033
S6、对方程组进行伪线性处理后得到线性方程组的矩阵形式Pμ＝q，并计算线性方程组的最小二乘解
Figure BDA0001292961550000034
利用最小二乘解
Figure BDA0001292961550000035
得到目标位置的三维坐标估计
Figure BDA0001292961550000036
其中，
Figure BDA0001292961550000037
q＝(q1,q2,...,qN)T。
本发明的有益效果是：
本发明利用多个观测站的线阵与x轴的夹角的不同，弥补了线阵无法测量目标俯仰角的不足，使每个观测站只需要利用线阵对测量目标的方位角，就可以实现对目标的三维定位，将三维定位所需的天线阵列降到一维，不仅降低了天线阵列的成本和测向系统的复杂度，还解决了一维以上阵列难以布设在某些特定的狭窄区域内的问题。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明方法进行进一步说明。
本实施方式以7个位置已知的观测站和1个需要在三维平面进行定位的目标为例，每观测站位置坐标分别为(236.9,-254.3,0)、(2.4,-250.6,0)、(37.3,-114.1,0)，(173.6,213.2,0)、(-89.4,-15.4,0)、(-167.8,-105.4,0)、(193.6,-23.9,0)(单位:米)，每个观测站具有一个5阵元均匀线阵，阵元间距为0.5米，每个线阵与地平面直角坐标x轴的夹角分别为(4.2360；3.6069；5.2956；0.4764；1.6327；4.3201；2.7175)(单位:弧度)，信号中心频率为300MHz以及目标位置的三维坐标为(623.7,346.0,810.3)(单位:米)。
在本实施方式中，实施本发明的目的就是利用多个不同位置的观测站对目标的一维测向完成目标的三维定位，将三维定位所需的天线阵列降到一维，不仅降低了天线阵列的成本和测向系统的复杂度，还解决了一维以上的阵列难以布设在某些特定的狭窄区域内的问题。
本发明的具体实施方式的流程如下：
步骤1：将观测站放置于地平面上，初始化确定观测站数目(N)为7，以及观测站位置坐标(Bn)分别为(236.9,-254.3,0)、(2.4,-250.6,0)、(37.3,-114.1,0)，(173.6,213.2,0)、(-89.4,-15.4,0)、(-167.8,-105.4,0)、(193.6,-23.9,0)(单位:米)，确定每个观测站线阵的阵元个数(m)为5，以及阵元间距(d)为0.5米，确定第n个线阵与地平面直角坐标x轴的夹角(αn)分别为(4.2360，3.6069，5.2956，0.4764，1.6327，4.3201，2.7175)以及信号中心频率(f)为300MHz；
步骤2：7个观测站利用线阵接收目标信号，每个线阵获得的接收信号向量(sn)分别为
Figure BDA0001292961550000051
Figure BDA0001292961550000052
步骤3：将(-1,1)区间等分成(L)为2001个网格点gi∈(-1,1),i＝1,2,...,2001，构造方向向量(a(gi))为
Figure BDA0001292961550000053
并分别与7个线阵接收信号向量sn作相关得到每个线阵测向的代价函数cn为cn(gi)＝|aH(gi)sn|,n＝1,2,...,7；
步骤4：对网格点(gi)进行一维搜索，找出使得代价函数(cn(gi))取最大值对应的网格点(gi)，得到7个线阵对目标方位角的估计分别为(0.6580，0.6960，0.0560，-0.4920，-0.2780，0.5900，0.2420)；
步骤5：利用每个观测站坐标(Bn)、每个线阵与地平面直角坐标x轴夹角(αn)以及每个观测站的线阵对目标方位角的估计
Figure BDA0001292961550000055
建立方程组为
其中
Figure BDA0001292961550000061
步骤6：对方程组进行伪线性处理后得到线性方程组的矩阵形式为Pμ＝q，其中
Figure BDA0001292961550000062
q＝[38532 18289 -13378 -45241 539 -12443 -32515]T
计算线性方程组的最小二乘解
Figure BDA0001292961550000063
为
Figure BDA0001292961550000064
利用最小二乘解
Figure BDA0001292961550000065
得到目标位置的三维坐标估计为
Figure BDA0001292961550000067
(单位:米)。
定义目标的绝对定位误差为目标的定位位置坐标与目标的实际位置坐标之间的距离。在本实施例中，目标的实际位置坐标为(623.7,346.0,810.3)(单位:米)，可见，实施本发明方法的绝对定位误差等于23.811米。

Claims (1)

1.一种基于一维测向的三维定位方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、将观测站放置于地平面上，初始化确定观测站数目N以及每个观测站位置坐标Bn，确定每个观测站线阵的阵元个数m以及阵元间距d，确定每个观测站的线阵与地平面直角坐标x轴的夹角αn以及信号中心频率f，其中，n＝1,2,...,N；
S2、每个观测站利用线阵接收目标信号，第n个观测站的线阵获得接收信号向量sn；
S3、将(-1,1)区间等分成L个网格点gi∈(-1,1)，构造方向向量
Figure FDA0002247782080000011
并分别与第n个观测站的接收信号向量sn作相关得到第n个观测站的线阵测向的代价函数cn(gi)为cn(gi)＝|aH(gi)sn|，其中，T表示向量的转置，H表示向量的共轭转置，i＝1,2,...,L；
S4、对网格点gi进行一维搜索，找出使得代价函数cn(gi)取最大值对应的网格点gi，得到第n个观测站的线阵对目标方位角的估计为
Figure FDA0002247782080000012
S5、利用每个观测站坐标Bn、每个线阵与地平面直角坐标x轴夹角αn以及每个观测站的线阵对目标方位角的估计
Figure FDA0002247782080000013
建立方程组
Figure FDA0002247782080000014
其中，
Figure FDA0002247782080000015
S6、对方程组进行伪线性处理后得到线性方程组的矩阵形式Pμ＝q，并计算线性方程组的最小二乘解
Figure FDA0002247782080000021
利用最小二乘解
Figure FDA0002247782080000022
得到目标位置的三维坐标估计
Figure FDA0002247782080000023
其中，
Figure FDA0002247782080000024
q＝(q1,q2,…qN)T。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109884582B (zh) * 2019-03-26 2023-02-28 电子科技大学 利用一维测向快速确定目标三维坐标的方法
CN109884583B (zh) * 2019-03-26 2023-03-14 电子科技大学 利用一维测向确定目标三维坐标的凸优化方法
CN112697129B (zh) * 2020-12-15 2023-05-05 电子科技大学 一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6489922B1 (en) * 2000-04-22 2002-12-03 American Gnc Corporation Passive/ranging/tracking processing method for collision avoidance guidance and control
US7414582B1 (en) * 2006-03-03 2008-08-19 L-3 Communications Integrated Systems L.P. Method and apparatus for all-polarization direction finding
CN102819008B (zh) * 2011-06-07 2014-10-01 中国人民解放军海军航空工程学院 一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法
CN102854493B (zh) * 2011-06-27 2014-07-16 无锡物联网产业研究院 多声测阵列定位跟踪系统坐标角度值标定方法
CN104035069B (zh) * 2014-06-18 2016-08-17 西安交通大学 基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法

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