CN116256739B - 一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统 - Google Patents

一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达定位技术领域，尤其为一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，包括：目标探测模块：用于通过监测点定点发射无线电信号探测监测范围内的对于无线电信号的环境扰动；目标定位模块：用于根据目标探测模块的探测数据对移动目标进行定位；目标测高模块：用于对移动目标的高度进行定位；目标测速模块；用于测量移动目标的速度；目标显示模块：用于根据对移动目标的综合定位数据进行显示。本发明通过定位算法估算移动目标的可能存在区域，分析监测点信号理论信号强度值和实际测量值的偏差，再求解偏差之和的最小值计算移动信号的位置。同时能够根据所需测量精度，自动调整移动目标的定位数据，既没有提高成本，又提高了测量精度。

Description

一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统
技术领域
本发明涉及一种雷达定位技术领域，尤其是一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统。
背景技术
随着通信技术的不断发展，无线电被广泛应用于社会生活的方方面面。但随之而来的无线电干扰不断增多，不仅破坏了正常的电波秩序，还会对人民生命财产安全造成直接危害，社会影响较大。在处置无线电干扰事件时，对无线电信号发射源的监测定位是首要工作。目前，一般通过无线电监测和测向设备测量无线电信号的场强、相位、到达时间差和空间谱等方式对信号发射源进行定位。但在高楼林立的城市环境中，各类建筑物会对信号进行遮挡、反射和吸收等，引起信号的衰落和多径传输，导致信号参数测量不准确且测量精度低，产生较大的定位误差，不利于定位工作的开展。因此，在不提高成本的情况下，如何基于现有无线电监测设备和监测数据，提高移动目标的定位精度，是当前研究的重点和难点。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，以解决上述背景技术中提出的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
提供一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，包括：
目标探测模块：用于通过监测点定点发射无线电信号探测监测范围内的对于无线电信号的环境扰动；
目标定位模块：用于根据目标探测模块的探测数据对移动目标进行定位；
目标测高模块：用于对移动目标的高度进行定位；
目标测速模块；用于测量移动目标的速度；
目标显示模块：用于根据对移动目标的综合定位数据进行显示。
作为本发明的一种优选技术方案：所述目标探测模块中监测点的数量不少于三个。
作为本发明的一种优选技术方案：所述监测点基于环境共生隐身雷达进行监测。
作为本发明的一种优选技术方案：所述目标定位模块基于定位算法对监测点检测范围内的移动目标进行探测，根据探测结果对移动目标的区域进行粗定位，所述粗定位区域确定后，根据区域大小和定位精度要求，按照间隔的距离，将该粗定位区域划分为点的集合，再通过计算对移动目标进行精确定位。
作为本发明的一种优选技术方案：所述粗定位步骤如下：粗定位步骤如下：根据监测点最大监测距离，以监测点为圆心，以监测点的最大监测距离为半径画距离曲线，根据不少于三个监测点的距离曲线划定移动目标的粗定位区域。
作为本发明的一种优选技术方案：所述精确定位步骤如下，
确定信号源的位置区域后，设定间隔距离Δd，并按照间隔距离将该区域划分为点的集合X＝{x1,x2,…,xi,…,xn}；依次将集合X中每个点设定为信号源定位点，分别计算各监测点到xi的距离di；将di和信号实际接收强度进行计算，计算每个点对应的ΔP的值，
设移动目标距离监测点的距离为d，发射的无线电信号频率为f，移动目标点高度为h1，监测点高度为h2，得到电波引起的衰落L：
L＝88+20lgf+40lgd-20lgh1-20lgh2-α
其中，α为地形影响因子；
移动目标辐射功率与监测点接收功率的关系为：
P2＝P1-L
其中，P1为监测点发射信号强度，P2为移动目标接收信号强度；
移动目标接收信号强度如下：
P2＝P1-20lgf-40lgd+20lgh1+20lgh2+α-88
设监测点实际接收的信号强度为P3，理论计算检测点实际接收的信号强度为P3 ′，得到：
P3 ′＝P1-2L＝P1-40lgf-80lgd+40lgh1+40lgh2+2α-176
ΔP＝|P3 ′-P3|
＝|P1-40lgf-80lgd+40lgh1+40lgh2+2α-176-P3|
其中，ΔP为某一监测点实际接收的信号强度与理论计算的接收的信号强度之间的差值；选取各监测点ΔP之和为最小值时对应的点作为移动目标最终定位位置。
作为本发明的一种优选技术方案：所述目标定位模块中，通过对移动目标进行连续监测的方式，通过计算监测的数据的平均值对监测数据进行筛选。
作为本发明的一种优选技术方案：所述目标测高模块通过监测点监测计算的移动目标的距离得到：
h1＝10∧[(P1-20lgf-40lgd+20lgh2+α-88-P2)/20]
其中，h1为移动目标点高度，根据各监测点的移动目标位置计算获得移动目标的高度。
作为本发明的一种优选技术方案：所述目标测速模块通过对移动目标分别进行两次定位筛选，并根据两次筛选定位获得的移动目标的定位位置和高度，及移动目标的定位位置和高度对应的时间计算移动目标运动速度。
作为本发明的一种优选技术方案：所述目标显示模块中移动目标的综合定位数据包括移动目标位置、高度和移动速度；所述目标显示模块结合地图，并根据移动目标的定位数据基于深度学习对移动目标的移动轨迹进行模拟和显示，并根据移动目标的状态进行实时调整。
本发明提供的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，与现有技术相比，其有益效果有：
本发明通过定位算法估算无线电环境扰动的可能发射区域，计算监测点信号理论信号强度值；然后分析监测点信号理论信号强度值和实际测量值的偏差，最后通过求解偏差之和的最小值计算移动信号的位置。同时能够根据所需测量精度，自动调整移动目标的定位数据，既没有提高成本，又提高了测量精度。
附图说明
图1为本发明优选实施例的系统框图。
图中各个标记的意义为：100、目标探测模块；200、目标定位模块；300、目标测高模块；400、目标测速模块；500、目标显示模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明优选实施例提供了一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，包括：
目标探测模块100：用于通过监测点定点发射无线电信号探测监测范围内的对于无线电信号的环境扰动；
目标定位模块200：用于根据目标探测模块的探测数据对移动目标进行定位；
目标测高模块300：用于对移动目标的高度进行定位；
目标测速模块400；用于测量移动目标的速度；
目标显示模块500：用于根据对移动目标的综合定位数据进行显示。
所述目标探测模块100中监测点的数量不少于三个。
所述监测点基于环境共生隐身雷达进行监测。
所述目标定位模块200基于定位算法对监测点检测范围内的移动目标进行探测，根据探测结果对移动目标的区域进行粗定位，所述粗定位区域确定后，根据区域大小和定位精度要求，按照间隔的距离，将该粗定位区域划分为点的集合，再通过计算对移动目标进行精确定位。
所述粗定位步骤如下：根据监测点最大监测距离，以监测点为圆心，以监测点的最大监测距离为半径画距离曲线，根据不少于三个监测点的距离曲线划定移动目标的粗定位区域。
所述精确定位步骤如下，
确定信号源的位置区域后，设定间隔距离Δd，并按照间隔距离将该区域划分为点的集合X＝{x1,x2,…,xi,…,xn}；依次将集合X中每个点设定为信号源定位点，分别计算各监测点到xi的距离di；将di和信号实际接收强度进行计算，计算每个点对应的ΔP的值，
设移动目标距离监测点的距离为d，发射的无线电信号频率为f，移动目标点高度为h1，监测点高度为h2，得到电波引起的衰落L：
L＝88+20lgf+40lgd-20lgh1-20lgh2-α
其中，α为地形影响因子；
移动目标辐射功率与监测点接收功率的关系为：
P2＝P1-L
其中，P1为监测点发射信号强度，P2为移动目标接收信号强度；
移动目标接收信号强度如下：
P2＝P1-20lgf-40lgd+20lgh1+20lgh2+α-88
设监测点实际接收的信号强度为P3，理论计算检测点实际接收的信号强度为P3 ′，得到：
P3 ′＝P1-2L＝P1-40lgf-80lgd+40lgh1+40lgh2+2α-176
ΔP＝|P3 ′-P3|
＝|P1-40lgf-80lgd+40lgh1+40lgh2+2α-176-P3|
其中，ΔP为某一监测点实际接收的信号强度与理论计算的接收的信号强度之间的差值；选取各监测点ΔP之和为最小值时对应的点作为移动目标最终定位位置。
所述目标定位模块200中，通过对移动目标进行连续监测的方式，通过计算监测的数据的平均值对监测数据进行筛选。
所述目标测高模300通过监测点监测计算的移动目标的距离得到：
h1＝10∧[(P1-20lgf-40lgd+20lgh1+α-88-P2)/20]
其中，h1为移动目标点高度，根据各监测点的移动目标位置计算获得移动目标的高度。
所述目标测速模块400通过对移动目标分别进行两次定位筛选，并根据两次筛选定位获得的移动目标的定位位置和高度，及移动目标的定位位置和高度对应的时间计算移动目标运动速度。
所述目标显示模块500中移动目标的综合定位数据包括移动目标位置、高度和移动速度；所述目标显示模块500结合地图，并根据移动目标的定位数据基于深度学习对移动目标的移动轨迹进行模拟和显示，并根据移动目标的状态进行实时调整。
本实施例中，以A、B、C三点为例进行计算，A、B、C三点均为监测点，目标探测模块100基于监测点A进行探测，发射天线高度为90m，接收天线高度为2.5m，信号频率选取100MHz，发射功率设为100W，即50dB，地形影响因子α的值取-3，
100-40lg100+40lgh+40lg2.5-6-176
信号衰落和多径传输会导致移动监测过程中，单个监测点每次采集的信号强度波动较大，需要对连续n个监测点信号强度进行滑动平均，保留大于滑动平均的监测点。
滑动平均计算过程中，连续监测n各监测点的接收信号强度，以m为窗口大小，进行滑动平均，计算滑动平均后的信号强度P′，得到：
其中，Pi表示监测的第i个信号强度。
根据监测结果以：
d＝10∧[(-34-P2)/40]
进行计算，根据A、B、C三个监测点的监测距离dA、dB、dC，分别进行画圈，根据交点范围划定移动目标范围。
若精确度为m，则设定Δd＝1米，并按照1m的间隔距离将目标区域划分为点的集合，依次将集合中的每个点设定为移动目标定位点，分别计算各移动目标定位点到各监测点的距离，，将距离和接收的信号实际强度进行计算，并计算ΔP的值，选取ΔP最小值对应的点作为移动目标最终定位数据。
目标测高模块300根据计算获得的定位数据计算移动目标与监测点的距离，并根据下式进行计算：
h＝datanθ
其中，da为移动目标距离监测点a的距离。
目标测速模块400对移动目标分别进行两次定位，并筛选合格的定位数据及其对应的时间，对移动目标的速度进行计算。可以监测点为原点建立坐标轴，根据移动目标两次定位的位置和高度，对移动目标在x轴、y轴和z轴上的数据变换值，结合定位时间进行计算。
目标显示模块500根据各模块计算获得的移动目标的位置、高度和速度，集合地图进行显示，并基于深度学习对移动目标的运动轨迹进行预测和显示，并根据监测的数据进行实时更新。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：包括：
目标探测模块(100)：用于通过监测点定点发射无线电信号探测监测范围内的对于无线电信号的环境扰动；
目标定位模块(200)：用于根据目标探测模块的探测数据对移动目标进行定位；所述目标定位模块(200)基于定位算法对监测点检测范围内的移动目标进行探测，根据探测结果对移动目标的区域进行粗定位，所述粗定位区域确定后，根据区域大小和定位精度要求，按照间隔的距离，将该粗定位区域划分为点的集合，再通过计算对移动目标进行精确定位，所述目标定位模块(200)中，通过对移动目标进行连续监测的方式，通过计算监测的数据的平均值对监测数据进行筛选；
目标测高模块(300)：用于对移动目标的高度进行定位；
目标测速模块(400)：用于测量移动目标的速度；
目标显示模块(500)：用于根据对移动目标的综合定位数据进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：所述目标探测模块(100)中监测点的数量不少于三个。
3.根据权利要求2所述的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：所述监测点基于环境共生隐身雷达进行监测。
4.根据权利要求3所述的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：所述粗定位步骤如下：根据监测点最大监测距离，以监测点为圆心，以监测点的最大监测距离为半径画距离曲线，根据不少于三个监测点的距离曲线划定移动目标的粗定位区域。
5.根据权利要求4所述的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：所述精确定位步骤如下，
确定信号源的位置区域后，设定间隔距离Δd，并按照间隔距离将该区域划分为点的集合X＝{x1，x2，…，xi，…，xn}；依次将集合X中每个点设定为信号源定位点，分别计算各监测点到xi的距离di；将di和信号实际接收强度进行计算，计算每个点对应的ΔP的值，
设移动目标距离监测点的距离为d，发射的无线电信号频率为f，移动目标点高度为h1，监测点高度为h2，得到电波引起的衰落L：
L＝88+20lgf+40lgd-20lgh1-20lgh2-α
其中，α为地形影响因子；
移动目标辐射功率与监测点接收功率的关系为：
P2＝P1-L
其中，P1为监测点发射信号强度，P2为移动目标接收信号强度；
移动目标接收信号强度如下：
P2＝P1-20lgf-401gd+20lgh1+20lgh2+α-88
设监测点实际接收的信号强度为P3，理论计算检测点实际接收的信号强度为P′3，得到：
P′3＝P1-2L＝P1-40lgf-80lgd+40lgh1+40lgh2+2α-176
ΔP＝|P′3-P3|＝|P1-40lgf-80lgd+40lgh1+40lgh2+2α-176-P3|
其中，ΔP为某一监测点实际接收的信号强度与理论计算的接收的信号强度之间的差值；选取各监测点ΔP之和为最小值时对应的点作为移动目标最终定位位置。
6.根据权利要求5所述的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：所述目标测高模块(300)通过监测点监测计算的移动目标的距离得到：
h1＝10∧[(P1-201gf-40lgd+20lgh1+α-88-P2)/20]
其中，h1为移动目标点高度，根据各监测点的移动目标位置计算获得移动目标的高度。
7.根据权利要求1所述的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：所述目标测速模块(400)通过对移动目标分别进行两次定位筛选，并根据两次筛选定位获得的移动目标的定位位置和高度，及移动目标的定位位置和高度对应的时间计算移动目标运动速度。
8.根据权利要求1所述的基于无线电多点探测的移动目标坐标定位系统，其特征在于：所述目标显示模块(500)中移动目标的综合定位数据包括移动目标位置、高度和移动速度；所述目标显示模块(500)结合地图，并根据移动目标的定位数据基于深度学习对移动目标的移动轨迹进行模拟和显示，并根据移动目标的状态进行实时调整。
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