CN113514821B - 基于时变时差的定位方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于时变时差的定位方法、装置和系统，其方法包括利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；根据该距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及，根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据所述各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。本申请无需将时变时差做时频差近似，即不需要对信号时频差进行估计及补偿，即可实现对目标的高精度定位。
Description
技术领域
本申请涉及雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于时变时差的定位方法、装置和系统。
背景技术
时变时差定位在传统算法中，通常处理的是窄带或短时间信号，因此会经过近似处理转变成时频差定位，时频差定位是利用辐射源信号到达两个或更多个位置不同的运动平台之间的时间差和频率差来协同确定辐射源位置。时频差定位的原理是辐射源信号到达L(L≥2)个平台之间存在着L·(L-1)/2组时间差和L·(L-1)/2组频率差，由这L·(L-1)/2组时间差和频率差利用加权最小二乘法等方法可以计算出固定辐射源的位置。时频差定位在运动平台对地面固定目标定位时，最少只需要两个平台即可实现定位，若采用更多的平台，形成多组时频差配置，其定位精度将更高。
在时频差定位系统中，不管是利用传统的两步法(先提取时频差，再利用时频差进行目标定位)，还是近些年一些学者提出的时频差直接定位方法，都是将信号传输模型进行一阶泰勒展开，再通过近似得到的时频差信号模型基础上进行分析得到目标定位结果，当信号带宽较窄、平台运动速度较低且信号累积时间较短时，近似模型与实际信号传输模型基本一致，此时利用传统的时频差定位方法也可以得到较高的定位精度，但是当信号带宽较宽、平台运动速度较快或者信号较弱需要长时间累积时，实际信号模型与近似模型有偏差，此时仍然利用近似模型进行时频差估计及定位会导致定位精度明显下降。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于时变时差的定位方法、装置和系统，以克服现有技术中，时变时差定位转化为视频差定位时，对于信号带宽较宽、平台运动速度较快或者需要长时间累积的微弱信号较弱，定位结果精度低下的缺陷。
根据本申请的第一方面，提供了一种基于时变时差的定位方法，包括：
利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；
对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；
将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；
根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及，
根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据所述各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。
可选的，在上述方法中，所述对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样包括：
各运动接收站在预设采样频率下，对接收信号进行下变频至零中频处；
将下变频后的信号数据经过带宽匹配滤波后，使用大于信号带宽两倍的采样率对所述下变频后的接收信号进行采样。
可选的，在上述方法中，所述在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息包括：
在各采样点时刻，通过GPS或北斗卫星导航系统确定各运动接收站的位置信息，将各运动接收站的位置信息与各运动接收站的接收信号同步存储。
可选的，在上述方法中，所述根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵包括：
将在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离除以光速，得到各网格点的时变时差；
基于sinc插值函数将各网格点的时变时差形成时变时差矩阵。
可选的，在上述方法中，所述根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵包括：
根据时间戳将各运动接收站的接收信号按时间对齐后形成信号矩阵；
根据各网格点的时变时差矩阵和所述信号矩阵确定各网格点的特征矩阵。
可选的，在上述方法中，所述根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息包括：
提取各网格点的特征矩阵的最大特征值作为各网格点的函数值；
遍历各网格点的函数值，确定最大函数值；
将最大函数值所在网格点的位置信息确定为所述目标辐射源的位置信息。
可选的，上述方法还包括：
将得到的所述目标辐射源的位置信息作为初始定位结果；
将所述初始定位结果的邻域作为二次目标搜索范围，按照小于所述预设步进的步进进行小步进网格划分；
再次执行从所述确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离的步骤到所述根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息的步骤，得到最终定位结果。
根据本申请的第二方面，提供了一种基于时变时差的定位装置，该装置包括：
信号接收单元，用于利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；
位置记录单元，用于对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；
网格划分单元，用于将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；
时差矩阵确定单元，用于根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；
特征矩阵定位单元，用于根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。
可选的，上述装置还包括：
二次定位单元，用于将定位出的所述目标辐射源的位置作为初始定位结果；将所述初始定位结果的邻域作为精细目标搜索范围，按照小于所述预设步进的步进进行小步进网格划分；再次执行从所述确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离的步骤到所述根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置的步骤，得到最终定位结果。
根据本申请的第三方面，提供了一种基于时变时差的定位系统，所述系统包括：基于时变时差的定位装置和多个时频同步的运动接收站，所述基于时变时差的定位装置独立设置或者设置在其中一个运动接收站内；
所述多个运动接收站，用于分别同时接收目标辐射源信号；
所述基于时变时差的定位装置，用于对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置。
本申请的有益效果在于，利用多个时频同步的运动接收站同时接收固定目标辐射源信号，将目标搜索范围按设定的步进进行网格划分，对每个网格点的位置计算其与各运动接收站在各采样时刻位置的距离，再利用这些随时间变化的距离，提取时变时差形成时差矩阵，最后利用得到的时差矩阵与接收信号形成特征矩阵，提取特征矩阵的最大特征值作为该网格点的函数值，取网格点上函数值最大处为目标辐射源的计算位置。本申请利用信号传输本质，无需将时变时差做时频差近似，即不需要对信号时频差进行估计及补偿，即可实现对目标的高精度定位，不仅适用于窄带信号，而且适用于宽带信号及需要长时间累积的微弱信号，直接实现了对信号时延补偿的直接定位，大幅提升了微弱目标的定位精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的定位方法的流程示意图；
图2为根据本申请的一个实施例的辐射源、及运动接收站位置和信号传播的示意图；
图3为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的初始定位结果图；
图4为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的最终定位结果图；
图5为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的定位装置的结构示意图；
图6为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的定位系统的结构示意图；
图7为本申请实施例中一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
在现有技术中，时变时差定位在传统算法中，通常处理的是窄带或短时间信号，因此会经过近似处理转变成时频差定位，当信号带宽较窄、平台运动速度较低且信号累积时间较短时，时频差定位方法可以得到较高的定位精度；但是当信号带宽较宽、平台运动速度较快或者信号需要长时间累积，即信号微弱时，时频差定位的精度会明显下降，甚至与目标的真实位置相去甚远。
本申请不同与现有技术，利用了信号传输本质，提供了一种基于时变时差的直接定位方法，该方法不需要对信号时频差进行估计及补偿，即可实现对目标的高精度定位。
图1为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的定位方法的流程示意图，从图1可以看出，该方法至少包括步骤S110～S150：
步骤S110：利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号。
本发明的前提是每个运动接收站运动过程中与定位目标均满足通视条件，并且运动接收站的数量L应大于等于2，各运动接收站之间已实现了时间同步和频率同步。
本申请中利用至少两个时频同步的运动接收站，运动接收站可以设置在包括但不限于飞机上等，分别同时接收目标辐射源发送的信号，在本申请中，目标辐射源可以为地面固定辐射源。
如图2所示，图2为根据本申请的一个实施例的辐射源、及运动接收站位置和信号传播的示意图，从图2中可以看出，在本实施例中，目标辐射源P的位置为(-18.15，26.37，0)km，三个运动接收站分别为接收站A、接收站B和接收站C,在某一时刻，接收站A的位置为(10，10，10)km，接收站B的位置为(0，0，10)km，接收站C的位置为(-15，2，10)km。
多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源发出的信号，即接收站A、接收站B和接收站C分别同时接收目标辐射源P发出的信号。本申请对目标辐射源信号的传输频率不作限制，可设传输频率为f0。
步骤S120：对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息。
以接收站A为例，在接收到目标辐射源P的信号后，按照一定的预设频率fs对信号进行采样，如以fs＝16000Hz采集目标辐射源信号，得到目标辐射源信号的时间序列，以16000Hz、以16位表示一个采样点信号大小，举例来讲，得到的采样信号为(2,4,100,120,140,60,-60,-130,…),每个点的间隔时间＝1/16000秒。将接收站A采样得到的目标辐射源信号记为采样信号A。
在本申请的一些实施例中，为了进一步提高对信号的采样的准确性，对信号采样时，各运动接收站需要对接收的目标辐射源信号变频的频率也进行统一，即各运动接收站将接收信号进行相同频率(一般选取信号传输频率)的下变频，将接收信号下变频到接近零中频处，经过带宽匹配滤波后再用大于信号带宽两倍的采样率对其进行采样。
同理，接收站B和接收站C均以预设频率fs对目标辐射源信号进行采样，分别得到采样信号B和采样信号C。
各接收站为各自得到的采样信号打上时间戳，时间戳，通俗的讲，是一份能够表示一份数据在一个特定时间点已经存在的完整的可验证的数据。在本申请中，接收站在采样信号打上的时间戳是可以利用GPS、北斗定位系统或者其他方法授时实现时间同步后的信号接收时间标志。
各运动接收站在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息，以接收站A为例，规定第一个采样点的采样时刻为0点时刻，其对应的接收站A的位置为第一位置，之后每隔采样周期，即采样周期预设频率fs的倒数，如每隔1/16000秒，记录一次接收站A的位置，每次记录的位置与记录的相应时刻一一对应存储。同理，可得到接收站B和接收站C在各个采样点时刻的位置信息。在本申请的一些实施例中，在各采样点时刻，可通过GPS或北斗卫星导航系统确定各运动接收站的位置信息，并可将各运动接收站的位置信息与各运动接收站的接收信号同步存储。
步骤S130：将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离。
接收站在目标辐射源信号后，根据目标辐射源信号能够根据该信号预设一个范围较广的目标搜索范围，要在这个广泛的目标搜索范围内确定出目标辐射源的准确位置。
将目标搜索范围按照预设步进划分为多个网格，假设目标搜索范围为正方形，预设步进为1km，可按照预设步进将目标搜索范围划分为12km的正方形网格。对于目标搜索范围的估计，以及网格的划分方法本申请不作限制，上述仅为示例性说明，预设步进越小，精度越高，计算量越大，可根据实际需求和精度需求进行选择。
步骤S140：根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵。
可将每个网格的一个特定点作为该网格的坐标，如网格的几何图形的中心或焦点，在某一采样点时刻，将该点坐标与运动接收站的坐标作矢量差，矢量差的模记为该采样点时刻，该网格点与运动接收站的距离。
假设以接收站A为例，在对目标辐射源信号进行采样得到采样信号的过程中，共有M个采样点时刻，则各个网格在各采样点时刻与接收站A的距离分别为dl,m，其中，l和m均为自然数表示第l个网格，m表示第m个采样点时刻，l＝1,…,L，m＝1,…,M。
然后提取各个网格点在每个采样点时刻的时变时差，在本申请的一些实施例中，将在各采样点时刻各网格与各运动接收站的距离dl,m除以光速，即可得到各网格点在每个采样点时刻的时变时差，具体的，τl,m＝dl,m/c，其中c表示光速，c＝3×108m/s。
对于一个网格，将其相对于各个运动接收站在各个采样点时刻的时变时差基于sinc插值函数按照矩阵的方式表示，即可得到该网格的时变时差矩阵。具体的，时变时差矩阵可表示为： 依次类推，即可得到所有网格的时变时差矩阵。
以及步骤S150：根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据各网格点的特征矩阵定位出目标辐射源的位置信息。
对齐时间戳的各运动接收站的接收信号可表示信号矩阵，信号矩阵为xl＝[xl,1… xl,M]T，其中，l和m均为自然数表示第l个网格，m表示第m个采样点时刻，l＝1,…,L，m＝1,…,M。
根据各网格点的时变时差矩阵和信号矩阵可确定各网格点的特征矩阵，具体的Q＝VHV，其中Q表示各网格点的特征矩阵。特征矩阵为一个维数为L的方阵。
最后根据各网格点的特征矩阵可确定目标辐射源在哪个网格中，即估算出目标辐射源的位置信息，在本申请的一些实施中，目标辐射源的定位方法可根据各网格点的特征矩阵的特征值确定，具体的，提取各网格点的特征矩阵的最大特征值作为各网格点的函数值，遍历各网格点的函数值，确定最大函数值，将最大函数值所在网格点的位置信息确定为目标辐射源的位置信息。具体的，求得该特征矩阵特征值为λi,i＝1,…,L，取其中最大的特征值λx,y作为(x,y)处的函数值。也就是说，将特征矩阵的特征值最大的那一个网格作为目标辐射源的所在地。
综上所述，从图1所示的方法可以看出，本申请利用多个时频同步的运动接收站同时接收固定目标辐射源信号，将目标搜索范围按设定的步进进行网格划分，对每个网格点的位置计算其与各运动接收站在各采样时刻位置的距离，再利用这些随时间变化的距离，提取时变时差形成时差矩阵，最后利用得到的时差矩阵与接收信号形成特征矩阵，提取特征矩阵的最大特征值作为该网格点的函数值，取网格点上函数值最大处为目标辐射源的计算位置。本申请利用信号传输本质，无需将时变时差做时频差近似，即不需要对信号时频差进行估计及补偿，即可实现对目标的高精度定位，不仅适用于窄带信号，而且适用于宽带信号及需要长时间累积的微弱信号，直接实现了对信号时延补偿的直接定位，大幅提升了微弱目标的定位精度。
在本申请的一些实施例中，对目标搜索范围按设定的步进进行网格划分时，若目标搜索范围较大，可先进行较大步进的划分和搜索，计算得到大步进定位结果后，再将该定位结果邻域进行小步进网格划分，进而得到更精确的定位结果。具体的，可将得到的目标辐射源的位置信息作为初始定位结果，将初始定位结果的邻域作为二次目标搜索范围，按照小于预设步进的步进进行小步进网格划分，再次执行从确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离的步骤到根据各网格点的特征矩阵定位出目标辐射源的位置信息的步骤，得到最终定位结果。
也就是说，先采用较大的步进将目标搜索范围进行第一次网格划分，得到的定位结果为某一个网格，在将得到的该网格以及该网格的邻域作为二次目标搜索范围，为了节省计算资源，该邻域选取比较小的范围即可，然后采用更小的步进，将目标搜索范围进行第二次网格划分，然后通过计算确定目标辐射源处于哪个第二次网格划分得到的小网格中，这样使得定位结果更加精准。
请同时参考图2～图4，包括三个运动接收站和目标辐射源，各运动接收站位置及目标辐射源位置如图2所示，接收站A的位置为(10,10,10)km、接收站B的位置为(0,0,10)km、接收站C的位置为(-15,2,10)km，以及目标辐射源P为(-18.15,26.37,0)km。
三个运动接收站分别同时接收目标辐射源P的信号，对x(-40,0)km与y(0,40)km组成的目标搜索范围内，采用2km的步进进行粗搜，得到如图3所示的初始定位结果图，以粗搜最大值位置为中心点；在中心点位置x轴方向与y轴方向正负2km范围内以步进200m进行精搜，得到如图4所示的最终定位结果图，对最大值及该点周围四点的值进行插值处理以进一步提高定位精度，得到最终的辐射源位置估计值为(-18.232,26.347,0)km，定位误差为85m。
图5为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的定位装置的结构示意图，该装置500包括：
信号接收单元510，用于利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；
位置记录单元520，用于对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；
网格划分单元530，用于将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；
时差矩阵确定单元540，用于根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；
特征矩阵定位单元550，用于根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。
在本申请的一些实施例中，在上述装置中，位置记录单元520，用于各运动接收站在预设采样频率下，对接收信号进行下变频至零中频处；用于将下变频后的信号数据经过带宽匹配滤波后，使用大于信号带宽两倍的采样率对所述下变频后的接收信号进行采样。
在本申请的一些实施例中，在上述装置中，位置记录单元520，用于在各采样点时刻，通过GPS或北斗卫星导航系统确定各运动接收站的位置信息，将各运动接收站的位置信息与各运动接收站的接收信号同步存储。
在本申请的一些实施例中，在上述装置中，时差矩阵确定单元540，用于
将在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离除以光速，得到各网格点的时变时差；用于基于sinc插值函数将各网格点的时变时差形成时变时差矩阵。
在本申请的一些实施例中，在上述装置中，特征矩阵定位单元550，用于根据时间戳将各运动接收站的接收信号按时间对齐后形成信号矩阵；用于根据各网格点的时变时差矩阵和所述信号矩阵确定各网格点的特征矩阵。
在本申请的一些实施例中，在上述装置中，特征矩阵定位单元550，提取各网格点的特征矩阵的最大特征值作为各网格点的函数值；用于遍历各网格点的函数值，确定最大函数值；以及用于将最大函数值所在网格点的位置信息确定为所述目标辐射源的位置信息。
在本申请的一些实施例中，在上述装置中，二次搜索单元，用于将得到的所述目标辐射源的位置信息作为初始定位结果；用于将所述初始定位结果的邻域作为二次目标搜索范围，按照小于所述预设步进的步进进行小步进网格划分；以及用于再次执行从所述确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离的步骤到所述根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息的步骤，得到最终定位结果。
需要说明的是，上述基于时变时差的定位装置可一一实现基于时变时差的定位方法，不再赘述。
图6为根据本申请的一个实施例的基于时变时差的定位系统的结构示意图，该系统600包括：基于时变时差的定位装置500和多个时频同步的运动接收站610，基于时变时差的定位装置500独立设置或者设置在其中一个运动接收站610内；
多个运动接收站610，用于分别同时接收目标辐射源信号；
基于时变时差的定位装置500，用于对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置。
图7是本申请的一个实施例电子设备的结构示意图。请参考图7，在硬件层面，该电子设备包括处理器和存储器，可选地还包括网络接口等。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成移动工作站的服务器。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行以下操作：
利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；
对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；
将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；
根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及，
根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据所述各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。
上述如本申请图1所示实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
该电子设备还可执行图5中基于时变时差的定位装置执行的方法，并实现基于时变时差的定位装置在图5所示实施例的功能，本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的电子设备执行时，能够使该电子设备执行图5中基于时变时差的定位装置执行的方法，并具体用于执行：
利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；
对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；
将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；
根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及，
根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据所述各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种基于时变时差的定位方法，其特征在于，包括：
利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；
对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；
将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；
根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及，
根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据所述各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样包括：
各运动接收站在预设采样频率下，对接收信号进行下变频至零中频处；
将下变频后的信号数据经过带宽匹配滤波后，使用大于信号带宽两倍的采样率对所述下变频后的接收信号进行采样。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息包括：
在各采样点时刻，通过GPS或北斗卫星导航系统确定各运动接收站的位置信息，将各运动接收站的位置信息与各运动接收站的接收信号同步存储。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵包括：
将在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离除以光速，得到各网格点的时变时差；
基于sinc插值函数将各网格点的时变时差形成时变时差矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵包括：
根据时间戳将各运动接收站的接收信号按时间对齐后形成信号矩阵；
根据各网格点的时变时差矩阵和所述信号矩阵确定各网格点的特征矩阵。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息包括：
提取各网格点的特征矩阵的最大特征值作为各网格点的函数值；
遍历各网格点的函数值，确定最大函数值；
将最大函数值所在网格点的位置信息确定为所述目标辐射源的位置信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将得到的所述目标辐射源的位置信息作为初始定位结果；
将所述初始定位结果的邻域作为二次目标搜索范围，按照小于所述预设步进的步进进行小步进网格划分；
再次执行从所述确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离的步骤到所述根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息的步骤，得到最终定位结果。
8.一种基于时变时差的定位装置，其特征在于，包括：
信号接收单元，用于利用多个时频同步的运动接收站分别同时接收目标辐射源信号；
位置记录单元，用于对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；
网格划分单元，用于将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；
时差矩阵确定单元，用于根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；
特征矩阵定位单元，用于根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
二次定位单元，用于将定位出的所述目标辐射源的位置作为初始定位结果；将所述初始定位结果的邻域作为精细目标搜索范围，按照小于所述预设步进的步进进行小步进网格划分；再次执行从所述确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离的步骤到所述根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置的步骤，得到最终定位结果。
10.一种基于时变时差的定位系统，其特征在于，所述系统包括：基于时变时差的定位装置和多个时频同步的运动接收站，所述基于时变时差的定位装置独立设置或者设置在其中一个运动接收站内；
所述多个运动接收站，用于分别同时接收目标辐射源信号；
所述基于时变时差的定位装置，用于对各运动接收站的接收信号按照预设采样频率进行采样并打上时间戳，在各采样点时刻记录各运动接收站的位置信息；将目标搜索范围按照预设步进进行网格划分，确定在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离；根据在各采样点时刻各网格点与各运动接收站的距离确定各网格点的时变时差矩阵；以及根据各网格点的时变时差矩阵和各运动接收站的接收信号，确定各网格点的特征矩阵，进而根据各网格点的特征矩阵定位出所述目标辐射源的位置。
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