CN110275134B - 一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法，其步骤：接收目标辐射源发射的连续信号；将观测时间窗口内收到的信号按照时间分成N小段，将多平台接收到的信号进行匹配，判断是否共视；设定平台覆盖区域，在目标可能存在的区域划分参考点网格；对共视信号带入时延，构建代价函数得到观测点代价函数；对非共视信号进行载波恢复，得到单频信号；将所有收到的信号段两两配对，带入参考点对应的虚拟到达频率差，每组两端信号在时延维搜索得到参考点对应代价函数；将观测点代价函数和参考点对应代价函数相加，得到参考点对应的代价函数；计算所有的参考点对应的代价函数，通过搜索找到最大值，其所对应的参考点即为估计得到的位置。

Description

一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法
技术领域
本发明涉及一种无源定位领域，针对发射连续信号的非合作辐射源，特别是关于一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法。
背景技术
无源定位是指观测平台处于静默状态，仅利用被动接收的、目标辐射源发射或反射的信号，完成对目标辐射源的定位。实际应用中，由于目标非合作、障碍物遮挡等原因，无法收到所有来自辐射源的信号，造成信号的丢失。而传统的观测量要求多个观测平台都能够收到同一段信号，信号的丢失会导致传统观测量减少，从而影响定位精度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法，其能有效提升定位精度。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法，其包括以下步骤：1)基于空中M个平台接收目标辐射源u发射的连续信号；2)将观测时间窗口内收到的信号按照时间分成N小段，将多平台接收到的信号进行匹配，判断是否共视，若共视则进入步骤4)，若非共视则进入步骤5)；3)设定平台覆盖区域，在目标可能存在的区域划分参考点网格，参考点位置为ur，计算网格点到平台的时延和相对速度；4)对步骤2)中的共视信号带入时延，构建代价函数得到观测点代价函数C1(u)；5)对步骤2)中的非共视信号，进行载波恢复，得到单频信号rl；6)在步骤5)载波恢复的基础上，将所有收到的信号段两两配对，带入参考点对应的虚拟到达频率差C(u,F)，并在给定时差范围内对每组两端信号在时延维进行搜索，得到参考点对应代价函数C2(u)；7)将观测点代价函数C1(u)和代价函数C2(u)相加，得到参考点对应的代价函数C3(u)；8)计算所有的参考点对应的代价函数，遍历所有网格点通过搜索找到最大值，该最大值所对应的参考点即为估计得到的位置。
进一步，所述步骤4)中，观测点代价函数C1(u)；
Figure BDA0002109921970000011
式中，sn表示发射信号的向量形式；m∈M，n∈N；rm,n为第m观测平台接收到的第n段信号，rm,n为信号信号rm,n的向量形式；bm,n表示衰减因子；Dm,n表示频移算子；Fm,n表示时间平移算子。
进一步，所述步骤6)中，频率差C(u,F)为：
Figure BDA0002109921970000021
进一步，所述步骤6)中，代价函数C2(u)为：
Figure BDA0002109921970000022
进一步，所述步骤7)中，参考点对应的代价函数C3(u)：
C3(u)＝C1(u)+C2(u)。
进一步，所述步骤8)中，估计得到的位置为：
Figure BDA0002109921970000023
式中，u表示估计得到的目标位置。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明针对非共视场景下，多平台接收辐射源的连续信号的问题，考虑到信号丢失对定位精度的影响，提出了新的虚拟到达频差观测量，与传统观测量结合，能够提升定位精度。2、本发明利用了多个平台的接收信号，充分利用了不同平台的空间位置信息。
附图说明
图1是本发明的整体流程示意图；
图2是本发明的场景示意图；
图3是本发明的代价函数在覆盖区域的分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法，其包括以下步骤：
1)基于空中多平台接收目标辐射源发射的连续信号，如图2所示，辐射源位位置为u，发射的连续信号s(t)为：
Figure BDA0002109921970000024
式中，a(t)为信号包络，-T/2≤t≤T/2，T为观测时间，fc为载频，并且满足B＜＜fc，B为信号带宽。假定平台数量为M。
2)将观测时间窗口内收到的信号按照时间分成N小段，第m观测平台接收到的第n段信号rm,n为：
Figure BDA0002109921970000031
式中，τm,n(t)表示目标发射第n段信号到第m观测平台的传播时延；m∈M，n∈N；
由于存在非共视，部分小段信号无法接收到；将多平台接收到的信号进行匹配，通过计算不同平台接收到的信号之间的相关系数判断是否共视，若共视则进入步骤4)，若非共视则进入步骤5)；信号rm,n可以写作向量形式rm,n：
rm,n＝bm,nDm,nFm,n+wm,n；
式中，bm,n表示衰减因子；Dm,n表示频移算子；Fm,n表示时间平移算子；wm,n表示零均值高斯噪声；
3)设定平台覆盖区域，在目标可能存在的区域划分参考点网格，参考点位置为ur，计算网格点到平台的时延和相对速度；
4)对步骤2)中的共视信号带入时延，构建代价函数得到观测点代价函数C1(u)；
Figure BDA0002109921970000032
式中，sn表示发射信号的向量形式；
5)对步骤2)中的非共视信号，进行载波恢复，得到单频信号rl：
Figure BDA0002109921970000033
6)在步骤5)载波恢复的基础上，将所有收到的信号段两两配对，带入参考点对应的虚拟到达频率差C(u,F)(F表示Fm,n的集合)，并在给定时差范围内对每组两端信号在时延维进行搜索，得到参考点对应代价函数C2(u)；
其中，频率差C(u,F)为：
Figure BDA0002109921970000034
代价函数C2(u)为：
Figure BDA0002109921970000035
7)将观测点代价函数C1(u)和代价函数C2(u)相加，得到参考点对应的代价函数C3(u)：
C3(u)＝C1(u)+C2(u)；
8)如图3所示，计算所有的参考点对应的代价函数，遍历所有网格点通过搜索找到最大值，该最大值所对应的参考点即为估计得到的位置。
Figure BDA0002109921970000041
式中，u表示估计得到的目标位置。
上述各实施例仅用于说明本发明，各个步骤都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别步骤进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种基于虚拟到达频差的非共视连续信号无源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基于空中M个平台接收目标辐射源u发射的连续信号；
2)设定平台覆盖区域，在目标可能存在的区域划分参考点网格，参考点位置为ur，计算网格点到平台的时延和相对速度；将观测时间窗口内收到的信号按照时间分成N小段，将多平台接收到的信号进行匹配，判断是否共视，若共视则进入步骤3)，若非共视则进入步骤4)；
3)对步骤2)中的共视信号带入时延，构建代价函数得到观测点代价函数C1(u)；
4)对步骤2)中的非共视信号，进行载波恢复，得到单频信号rl；
5)在步骤4)载波恢复的基础上，将所有收到的信号段两两配对，带入参考点对应的虚拟到达频率差C(u,F)，并在给定时差范围内对每组两端信号在时延维进行搜索，得到参考点对应代价函数C2(u)；
6)将观测点代价函数C1(u)和代价函数C2(u)相加，得到参考点对应的代价函数C3(u)；
7)计算所有的参考点对应的代价函数，遍历所有网格点通过搜索找到最大值，该最大值所对应的参考点即为估计得到的位置；
观测点代价函数C1(u)；
Figure FDA0002910919080000011
式中，sn表示发射信号的向量形式；m∈M，n∈N；rm,n为第m观测平台接收到的第n段信号，rm,n为信号信号rm,n的向量形式；bm,n表示衰减因子；Dm,n表示频移算子；Fm,n表示时间平移算子；
所述步骤5)中，频率差C(u,F)为：
Figure FDA0002910919080000012
所述步骤5)中，代价函数C2(u)为：
Figure FDA0002910919080000013
2.如权利要求1所述定位方法，其特征在于：所述步骤6)中，参考点对应的代价函数C3(u)：
C3(u)＝C1(u)+C2(u)。
3.如权利要求1所述定位方法，其特征在于：所述步骤7)中，估计得到的位置为：
Figure FDA0002910919080000021
式中，
Figure FDA0002910919080000022
表示估计得到的目标位置。
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