CN110441732B - 一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法 - Google Patents

一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法。本发明采用单站天线阵列接收多个辐射源目标的直达波信号和环境中多个散射体的散射波信号，利用多个辐射源目标的直达波信号波达方向测量、环境中多个散射体的散射波信号波达方向测量、多个辐射源目标的直达波和环境中散射体的散射波之间的信号到达时差测量，对多个辐射源目标进行定位。本发明只需要具有直达波和散射体散射波的信号来波方向测量、到达时差测量的一个观测站，即可在散射体位置未知的陌生散射环境中实现对两个或两个以上的辐射源目标进行二维定位的目的。

Description

一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法。
背景技术
在开阔的自由空间，人们已经研究出基于直达波信号波达方向、到达时差等参数测量的辐射源定位方法，但是，在传播条件比较复杂的环境，受环境中散射体的散射信号的影响，实现可靠的高精度辐射源定位面临着很大的挑战。同时，由于人们对市区、室内等复杂环境中高性能辐射源定位技术的迫切需求，使得基于散射体的散射信号的辐射源定位方法成为无线电定位领域的研究重点之一。
无线电定位技术是观测站通过测量辐射源信号波达方向、到达时差等参数对辐射源的空间坐标或位置进行估计的一种手段。从观测站数量上划分，无线电定位分为单站定位和多站定位。与多站定位相比，单站定位具有设备量小、成本低、灵活性强的优点。在市区、室内等复杂环境中，散射体的散射信号普遍存在，从观测站的角度来看，散射体的散射信号来波方向与辐射源的位置无关，而散射体的散射信号到达时间是与辐射源的位置有关的。在陌生的环境中，散射体的位置是未知的，因此，可以利用散射体的散射信号波达方向、到达时差对散射体、辐射源进行定位。
但是，在单站情况下，对一个辐射源和多个散射体而言，当测量参数包括直达波信号的波达方向、环境中散射体的散射波信号的波达方向、直达波和环境中散射体的散射波之间的信号到达时差时，测量参数的个数少于陌生环境中散射体和辐射源的位置参数的个数，导致单站定位问题是一个欠定问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种多径传播条件下散射体位置未知的单站多目标定位方法，目的是利用一个观测站测量多个辐射源目标的直达波和散射体散射波的信号来波方向、多个辐射源目标的直达波与散射体散射波之间的信号到达时差，通过距离搜索确定多个辐射源目标的距离，最后确定多个辐射源目标的位置坐标。
本发明采用的技术方案是：
一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法，包括以下步骤：
步骤1：定义观测站的位置坐标为(x0,y0)、辐射源目标个数为M、散射体个数为N，通过观测站获取：M个辐射源目标的直达波的信号来波方向
Figure BDA0002167830460000021
m＝1,2,...,M，散射体散射波的信号来波方向
Figure BDA0002167830460000022
m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,N，辐射源目标的直达波与散射体散射波之间的信号到达时差
Figure BDA0002167830460000023
m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,N，以及辐射源目标与观测站之间的距离搜索个数J、距离搜索数据r0(j)，j＝1,2,...,J；
步骤2：对应每个辐射源目标及其与观测站之间的距离搜索数据r0(jm)，确定所有散射体与观测站之间的距离rn(jm)；
步骤3：确定所有散射体与观测站之间的距离拟合误差；
步骤4：由距离拟合误差的最小值对应的距离搜索数据，确定辐射源目标的距离和位置坐标。
本发明的技术方案，采用单站天线阵列接收多个辐射源目标的直达波信号和环境中多个散射体的散射波信号，利用多个辐射源目标的直达波信号波达方向测量、环境中多个散射体的散射波信号波达方向测量、多个辐射源目标的直达波和环境中散射体的散射波之间的信号到达时差测量，对多个辐射源目标进行定位。
具体的，步骤2的具体方法为：对应第m个辐射源目标及其与观测站之间的距离搜索数据r0(jm)，确定第n个散射体与观测站之间的距离rn(jm)为：
Figure BDA0002167830460000024
jm＝1,2,...,J，m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,N。
具体的，所述步骤3的具体方法为：
确定散射体与观测站之间的距离拟合误差，为：
Figure BDA0002167830460000031
其中jm＝1,2,...,J，m＝1,2,...,M。
具体的，所述步骤4的具体方法为：
由距离拟合误差的最小值对应的距离搜索数据，确定辐射源目标的距离为
Figure BDA0002167830460000032
m＝1,2,...,M，其中
Figure BDA0002167830460000033
确定辐射源目标的位置坐标为：
Figure BDA0002167830460000034
其中m＝1,2,...,M。
本发明的有益效果为，本发明只需要具有直达波和散射体散射波的信号来波方向测量、到达时差测量的一个观测站，即可在散射体位置未知的陌生散射环境中实现对两个或两个以上的辐射源目标进行二维定位的目的。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细描述：
实施例
本例中的观测站位置坐标为(0，0)，第一个辐射源目标的实际位置坐标为(118.4，983.6)，第二个辐射源目标的实际位置坐标为(323.6，1169.4)，5个散射体的实际位置坐标分别为(256.3，503.0)、(590.2，1149.2)、(-291.6，697.4)、(-369.0，1094.9)(-145.3，1408.4)，单位都是：米；两个辐射源目标相对于观测站的直达波来波方向测量分别是83.1344度和74.5437度，5个散射体相对于观测站的散射波来波方向测量分别是63.0033度、62.8077度、112.6812度、108.6164度、95.8871度；第一个辐射源目标的散射体散射波与直达波之间的信号到达时差测量分别是0.2460，2.6706，0.8841，2.2158和3.0838微秒，第二个辐射源目标的散射体散射波与直达波之间的信号到达时差测量分别是0.0698，1.1530，1.0600，2.1291和2.4294微秒。
本例中本发明的目的就是利用一个观测站测量这两个辐射源目标的直达波和五个散射体散射波的信号来波方向、这两个辐射源目标的直达波与五个散射体散射波之间的信号到达时差，通过距离搜索确定这两个辐射源目标的距离，最后确定这两个辐射源目标的位置坐标。
本发明具体实施方式流程如下：
步骤1：初始化设置，将观测站位置坐标(0，0)米、两个辐射源目标相对于观测站的直达波来波方向测量83.1344度和74.5437度、5个散射体相对于观测站的散射波来波方向测量63.0033度、62.8077度、112.6812度、108.6164度和95.8871度、第一个辐射源目标的散射体散射波与直达波之间的信号到达时差测量0.2460，2.6706，0.8841，2.2158和3.0838微秒、第二个辐射源目标的散射体散射波与直达波之间的信号到达时差测量0.0698，1.1530，1.0600，2.1291和2.4294微秒、以及辐射源目标与观测站之间的距离搜索个数150、距离搜索数据(0：10：1490)米写入内存；
步骤2：对应2个辐射源目标及其与观测站之间的距离搜索数据，确定5个散射体与观测站之间的距离；
步骤3：确定5个散射体与观测站之间的距离拟合误差；
步骤4：由距离拟合误差的最小值对应的距离搜索数据，确定辐射源目标的距离分别为980米和1200米，位置坐标分别为(117.1，973.0)米和(319.8，1156.6)米。
可见，本例中本发明确定的两个辐射源目标的位置坐标与实际位置坐标(118.4，983.6)米和(323.6，1169.4)米相比，位置坐标误差分别为(-1.3，-10.6)米，和(-3.8，-12.8)米，在散射体位置未知的陌生散射环境中实现了单站多目标定位。

Claims (3)

1.一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：定义观测站的位置坐标为(x0,y0)、辐射源目标个数为M、散射体个数为N，通过观测站获取：M个辐射源目标的直达波的信号来波方向
Figure FDA0003923935640000011
散射体散射波的信号来波方向
Figure FDA0003923935640000012
辐射源目标的直达波与散射体散射波之间的信号到达时差
Figure FDA0003923935640000013
以及辐射源目标与观测站之间的距离搜索个数J、距离搜索数据r0(j)，j＝1,2,...,J；
步骤2：对应每个辐射源目标及其与观测站之间的距离搜索数据r0(jm)，确定所有散射体与观测站之间的距离rn(jm)；具体方法为：对应第m个辐射源目标及其与观测站之间的距离搜索数据r0(jm)，确定第n个散射体与观测站之间的距离rn(jm)为：
Figure FDA0003923935640000014
jm＝1,2,...,J，m＝1,2,…,M，n＝1,2,...,N；
步骤3：确定所有散射体与观测站之间的距离拟合误差；
步骤4：由距离拟合误差的最小值对应的距离搜索数据，确定辐射源目标的距离和位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法，其特征在于，所述步骤3的具体方法为：
确定散射体与观测站之间的距离拟合误差，为：
Figure FDA0003923935640000015
其中jm＝1,2,...,J，m＝1,2,...,M。
3.根据权利要求2所述的一种陌生散射环境中的单站多目标定位方法，其特征在于，所述步骤4的具体方法为：
由距离拟合误差的最小值对应的距离搜索数据，确定辐射源目标的距离为
Figure FDA0003923935640000021
m＝1,2,...,M，其中
Figure FDA0003923935640000022
确定辐射源目标的位置坐标为：
Figure FDA0003923935640000023
其中m＝1,2,...,M。
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