CN115201808A - 一种通信辐射源网络雷达系统及其感知目标的定位方法 - Google Patents

一种通信辐射源网络雷达系统及其感知目标的定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通信辐射源网络雷达系统及其感知目标的定位方法，以解决目前移动通信系统雷达系统定位精度差的技术问题。该系统包括S个通信基站，S≥4；通信基站在进行正常移动通信的同时还能发射各自的探测信号和/或接收的全部或部分反射信号。还方法包括：1、获取通信基站的位置坐标；2、测量发射探测信号的通信基站到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站的距离之和，得到方程组；3、求解方程组得到感知目标的位置坐标。本发明提供的雷达系统基于移动网络构建，在不影响移动通讯的前提下实现对目标的精准定位，节约成本，使用方便。

Description

一种通信辐射源网络雷达系统及其感知目标的定位方法
技术领域
本发明涉及雷达系统及其定位方法，具体涉及一种通信辐射源网络雷达系统及该通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法。
背景技术
扩展移动通信网络的基本功能，使通信网络具有雷达的功能，以便对指定区域的目标进行探测和定位。
在雷达通信一体化技术中，移动通信系统中增加雷达探测功能后，雷达系统的组成型态主要为两种：一是普通雷达的型态，收发一体；用一个基站发射探测信号，同时用这个基站接收和处理探测信号，给出感知目标的位置信息。二是双基地雷达型态；用一个基站发射探测信号，用另一个或多个基站接收和处理探测信号，给出感知目标的位置信息。这两种方式的优点是基于常规雷达探测方法，理论成熟，使用广泛，缺点是定位的精度差。
发明内容
本发明目的在于解决目前移动通信系统的雷达系统定位精度差的技术问题，提出一种通信辐射源网络雷达系统及其感知目标的定位方法。
本发明的技术方案为：
一种通信辐射源网络雷达系统，其特殊之处在于：
包括S个通信基站，S≥4；
S-1个通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号，另一个通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部或部分反射信号；或者，n个通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号，其余m个通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部或部分反射信号，m+n＝S；或者，S个通信基站在进行正常移动通信的同时发射各自的探测信号，其中，Q个通信基站接收全部或部分反射信号，1≤Q≤S。
进一步地，所述通信基站S＝4，3个通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号，另一个通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部反射信号；或者，4个通信基站在进行正常移动通信的同时发射各自的探测信号，其中，至少一个通信基站接收全部或部分反射信号。
进一步地，所述通信基站接收的部分反射信号的数量≥3。
本发明还提供一种通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤B1、获取n个发射探测信号的通信基站的位置坐标(xi，yi，zi)和1个接收反射信号的通信基站的位置坐标(x01，y01，z01)，其中，i＝1～n，n为发射探测信号的通信基站的总个数，n≥3；n+1＝S；
步骤B2、测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和L(Ti，R01)；
Figure BDA0003703134860000021
其中(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
i至少取1～n的任意三个正整数，得到方程组；
步骤B3、求解步骤B2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
进一步地，步骤B1中，获取3个发射探测信号的通信基站的位置坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)和1个接收反射信号的通信基站的位置坐标(x01，y01，z01)；
步骤B2中，测量发射探测信号的通信基站到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和，得到以下方程组：
Figure BDA0003703134860000031
其中，L(T1，R01)为发射探测信号的通信基站T1到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和；
L(T2，R01)为发射探测信号的通信基站T2到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和；
L(T3，R01)为发射探测信号的通信基站T3到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和；
(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
步骤B3中，求解步骤B2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
进一步地，步骤B2中，测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和L(Ti，R01)采用无线电测距技术。
本发明还提供一种通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤C1、获取n个发射探测信号的通信基站的位置坐标(xi，yi，zi)和m个接收反射信号的通信基站的位置坐标(xj，yj，zj)，其中，n为发射探测信号的通信基站的总个数，n≥3，i＝1～n；m为接收反射信号的通信基站的总个数，m≥2，j＝1～m，m+n＝S；
步骤C2、测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)；
Figure BDA0003703134860000041
其中(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
i至少取1～n的任意三个正整数，j至少取1～m的任意一个正整数，得到j个方程组；
步骤C3、求解步骤C2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
进一步地，步骤C2中，测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)采用无线电测距技术。
本发明还提供一种通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特殊之处在于：
步骤D1、获取S个通信基站的位置坐标(xi，yi，zi)，S个通信基站同时作为发射探测信号的通信基站，S个通信基站中全部或部分作为接收反射信号的通信基站，接收反射信号的通信基站的位置坐标(xj，yj，zj)；其中，i＝1～S，S为发射探测信号的通信基站的总个数，S≥4；j＝1～Q，Q为接收反射信号的通信基站的总个数，1≤Q≤S；
步骤D2、测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)；
Figure BDA0003703134860000042
其中(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
i至少取1～S的任意三个正整数，j至少取1～S的任意一个正整数，得到j个方程组；
步骤D3、求解步骤D2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
进一步地，步骤D2中，测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)采用无线电测距技术。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的通信辐射源网络雷达系统通过充分利用移动网络通信基站这一自身硬件资源，实现对感知目标的定位；这些移动网络通信基站本身还可以收发移动通信的信号，也就是说通信辐射源网络雷达系统与移动通信共享通信基站资源，通信辐射源网络雷达系统只占用了通信基站的一部分资源，其它资源仍用于移动通信，进行正常的收发通信；因此，本发明基于移动网络通信基站构建雷达系统的，在提高感知目标的定位精度同时节约成本，使用方便。
2、本发明的定位方法通过至少三个定量的发射探测信号的通信基站位置坐标，实现对感知目标的定位，算法简单、易于在移动通信网络中实现，有利于移动通信系统通信基站功能的扩展。
附图说明
图1为本发明通信辐射源网络雷达系统实施例1示意图；
附图标记如下：
1-发射探测信号的通信基站T1，2-发射探测信号的通信基站T2，3-发射探测信号的通信基站T3，4-接收反射信号的通信基站R01，5-感知目标。
具体实施方式
实施例中的通信基站为，在移动通信(如3G、4G、5G、6G等)中，用于发射或接收移动通信信号的通信设备，具体指固定基站系统，车载移动基站系统或卫星基站系统。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的通信辐射源网络雷达系统中，3个发射探测信号的通信基站在进行正常移动通信的同时只发探测信号，1个接收反射信号的通信基站在进行正常移动通信的同时只接收反射信号。
发射探测信号的通信基站T1 1发射s1探测信号，发射探测信号的通信基站T2 2发射s2探测信号，发射探测信号的通信基站T3 3发射s3探测信号，s1、s2和s3探测信号经过感知目标5反射后到达接收反射信号的通信基站R01 4。
由于每个移动网络的通信基站都有特定的位置坐标，可以获取发射探测信号的通信基站和接收反射信号的通信基站的位置坐标：
发射探测信号的通信基站T1 1的坐标为(x1，y1，z1)；
发射探测信号的通信基站T2 2的坐标为(x2，y2，z2)；
发射探测信号的通信基站T3 3的坐标为(x3，y3，z3)；
接收反射信号的通信基站R01 4的坐标为(x01，y01，z01)为已知量。
目标的坐标为(x，y，z)为未知量。
利用无线电测距技术，测量出：
发射探测信号的通信基站T1 1到感知目标5以及感知目标5到接收反射信号的通信基站R01 4的距离之和为L(T1，R01)；
发射探测信号的通信基站T2 2到感知目标5以及感知目标5到接收反射信号的通信基站R01 4的距离之和为L(T2，R01)；
发射探测信号的通信基站T3 3到感知目标5以及感知目标5到接收反射信号的通信基站R01 4的距离之和为L(T3，R01)；
利用两点之间的距离公式列方程组：
Figure BDA0003703134860000071
求解上述方程组，即可准确得到感知目标5的坐标为(x，y，z)。
实施例2
本实施例在实施例1基础上扩展为多发单收雷达系统，多发是指发射探测信号的通信基站数量大于3，发射探测信号的通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号；单收是指接收反射信号的通信基站数量为1，接收反射信号的通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部或部分反射信号。
发射探测信号的通信基站T1发射s1探测信号，发射探测信号的通信基站T2发射s2探测信号，发射探测信号的通信基站T3发射s3探测信号，…，发射探测信号的通信基站Tn(n≥4)发射sn探测信号；接收反射信号的通信基站R01接收s1、s2、s3、…、和sn中的全部或部分探测信号经感知目标反射后的反射信号；接收反射信号的通信基站R01有效接收信号的数量≥3，才能给出感知目标的准确位置。
由于每个移动网络的通信基站都有特定的位置坐标，则
发射探测信号的通信基站T1的坐标为(x1，y1，z1)；
发射探测信号的通信基站T2的坐标为(x2，y2，z2)；
发射探测信号的通信基站T3的坐标为(x3，y3，z3)；
…
发射探测信号的通信基站Tn的坐标为(xn，yn，zn)；
接收反射信号的通信基站R01的坐标为(x01，y01，z01)均为已知量。
目标的坐标为(x，y，z)；
为未知量。
利用无线电测距技术，测出：
发射探测信号的通信基站T1到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和为L(T1，R01)；
发射探测信号的通信基站T2到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和为L(T2，R01)；
发射探测信号的通信基站T3到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和为L(T3，R01)；
…
发射探测信号的通信基站Tn到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站的距离之和为L(Tn，R01)；
利用两点之间的距离公式列方程组：
Figure BDA0003703134860000081
上述方程组为接收反射信号的通信基站R01的有效接收信号为n个，求解上述方程组，可以准确得到目标的坐标为(x，y，z)。方程数多于变量，防止由于角度和方向问题收不到某个发射探测信号的通信基站的探测信号，影响对探测目标的定位，增加了系统的鲁棒性。
实施例3
本实施例在实施例2基础上扩展为多发多收系统，增加接收反射信号的通信基站的个数；发射探测信号的通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号，接收反射信号的通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部或部分反射信号。
发射探测信号的通信基站T1发射s1探测信号，发射探测信号的通信基站T2发射s2探测信号，发射探测信号的通信基站T3发射s3探测信号，…，发射探测信号的通信基站Tn(n≥4)发射sn探测信号。接收反射信号的通信基站R01、接收反射信号的通信基站R02、…，接收反射信号的通信基站R0m分别同时接收s1、s2、s3、…和sn中的全部或部分探测信号经感知目标反射后的反射信号。每个接收反射信号的通信基站有效接收信号的数量≥3，以保证给出感知目标的准确位置。
本实施例中，每个接收反射信号的通信基站均可得到一个方程组(2)，从多个接收反射信号的通信基站得到感知目标的位置，进一步增加系统的鲁棒性。
实施例4
本实施例中，把每一个发射探测信号的通信基站或接收反射信号的通信基站扩展为双向收发系统。也就是说通信辐射源网络雷达系统中的通信基站在进行正常移动通信的同时，既可以发射探测信号，又可以接收探测信号。每个通信基站接收所有或部分发射探测信号经感知目标反射后的接收探测信号。
本实施例中，每个发射探测信号的通信基站和接收反射信号的通信基站可以为同时发射和接收探测信号，统称为基站。基站1发射s1探测信号，基站2发射s2探测信号，基站2发射s3探测信号，…，基站n发射sn探测信号。基站1接收s1、s2、s3、…、和sn中的全部或部分探测信号；基站2接收s1、s2、s3、…、和sn中的全部或部分探测信号，n≥4；以此类推，可以是n个基站全部作为接收反射信号的通信基站，也可以是部分基站作为接收反射信号的通信基站，每个接收反射信号的通信基站有效接收信号的数量≥3，以保证给出感知目标的准确位置。
本实施例中，对于每一个基站均可得到方程组(2)，从多个接收反射信号的通信基站得到感知目标的位置，增加系统的鲁棒性，进一步提高了基站的利用率。

Claims (10)

1.一种通信辐射源网络雷达系统，其特征在于：
包括S个通信基站，S≥4；
S-1个通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号，另一个通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部或部分反射信号；或者，n个通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号，其余m个通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部或部分反射信号，m+n＝S；或者，S个通信基站在进行正常移动通信的同时发射各自的探测信号，其中Q个通信基站接收全部或部分反射信号，1≤Q≤S。
2.根据权利要求1所述的通信辐射源网络雷达系统，其特征在于：
所述通信基站S＝4，3个通信基站在进行正常移动通信的同时只发射各自的探测信号，另一个通信基站在进行正常移动通信的同时只接收全部反射信号；或者，4个通信基站在进行正常移动通信的同时发射各自的探测信号，其中，至少一个通信基站接收全部或部分反射信号。
3.根据权利要求1或2所述的通信辐射源网络雷达系统，其特征在于：
所述通信基站接收部分反射信号的数量≥3。
4.一种通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1、获取n个发射探测信号的通信基站的位置坐标(xi，yi，zi)和1个接收反射信号的通信基站的位置坐标(x01，y01，z01)，其中，i＝1～n，n为发射探测信号的通信基站的总个数，n≥3；n+1＝S；
步骤B2、测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和L(Ti，R01)；
Figure FDA0003703134850000021
其中(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
i至少取1～n的任意三个正整数，得到方程组；
步骤B3、求解步骤B2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
5.根据权利要求4所述的通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1中，获取3个发射探测信号的通信基站的位置坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)和1个接收反射信号的通信基站的位置坐标(x01，y01，z01)；
步骤B2中，测量发射探测信号的通信基站到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和，得到以下方程组：
Figure FDA0003703134850000022
其中，L(T1，R01)为发射探测信号的通信基站T1到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和；
L(T2，R01)为发射探测信号的通信基站T2到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和；
L(T3，R01)为发射探测信号的通信基站T3到感知目标以及感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和；
(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
步骤B3中，求解步骤B2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
6.根据权利要求5所述的通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特征在于：
步骤B2中，测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站R01的距离之和L(Ti，R01)采用无线电测距技术。
7.一种通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤C1、获取n个发射探测信号的通信基站的位置坐标(xi，yi，zi)和m个接收反射信号的通信基站的位置坐标(xj，yj，zj)，其中，n为发射探测信号的通信基站的总个数，n≥3，i＝1～n；m为接收反射信号的通信基站的总个数，m≥2，j＝1～m；m+n＝S；
步骤C2、测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)；
Figure FDA0003703134850000031
其中(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
i至少取1～n的任意三个正整数，j至少取1～m的任意一个正整数，得到j个方程组；
步骤C3、求解步骤C2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
8.根据权利要求7所述的通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特征在于：
步骤C2中，测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)采用无线电测距技术。
9.一种通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤D1、获取S个通信基站的位置坐标(xi，yi，zi)，S个通信基站同时作为发射探测信号的通信基站，S个通信基站中全部或部分作为接收反射信号的通信基站，接收反射信号的通信基站的位置坐标(xj，yj，zj)；其中，i＝1～S，S为发射探测信号的通信基站的总个数，S≥4；j＝1～Q，Q为接收反射信号的通信基站的总个数，1≤Q≤S；
步骤D2、测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)；
Figure FDA0003703134850000041
其中(x，y，z)为感知目标的位置坐标；
i至少取1～S的任意三个正整数，j至少取1～S的任意一个正整数，得到j个方程组；
步骤D3、求解步骤D2中的方程组得到感知目标的位置坐标。
10.根据权利要求9所述的通信辐射源网络雷达系统感知目标的定位方法，其特征在于：
步骤D2中，测量发射探测信号的通信基站Ti到感知目标的距离与感知目标到接收反射信号的通信基站Rj的距离之和L(Ti，Rj)采用无线电测距技术。
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