[发明专利]一种基于T2/R的时差与多普勒频移联合定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种基于T²/R的时差与多普勒频移 联合定位方法及系统。

背景技术

目标定位目前在军事领域、移动通信领域、医学领域，民用领域等都具有 非常重要的现实意义。而无源被动定位技术，由于系统不主动发射信号，仅依 靠接收被定位目标反射的电磁信号，确定其空间位置，更是未来发展的重要方 向。

近年来，在无源被动定位系统中，一般多基于到达方向角(DOA)、到达时 间(TOA)、到达时差(TDOA)、多普勒频率、信号强度(RSSI)、以及各种联合 方式，对目标进行定位。由于时差只与目标位置相关，定位方程简单且位置定 位精度高于目标来波方向到达角，因此多采用时差定位。但是一般来说系统大 多需要3个及以上发射站，且对于随机运动目标，由于时差与运动状态关系不 大，因此利用时差定位系统对目标运动速度估计会存在模糊。李万春2005年 提出的基于双发射站，利用时差信息对目标进行定位，没有单独对速度定位精 度和结果进行评估，且当目标在很长一段时间内(N＝20)匀速运动。而多普勒 频移由于与运动状态紧密相关，能很好的对目标速度进行估计，肖扬灿2011 年提出的仅采用多普勒频移对目标位置和速度信息进行定位，当发射站数目达 到4个的时候，位置定位精度才有了显著的提高，而且同样假设目标在30s 内是匀速运动的。然而，实际情况下目标一般并不是匀速不变的，或者说在相 当长的一段时间内保持不变。因此，考虑变速运动的目标更具有实际的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中在无源被动定位系统中只 考虑匀速运动的状态，且需要的发射站数量过多的缺陷，提供一种仅需要两个 发射站，且对变速运动的目标能够精确定位的基于T²/R的时差与多普勒频移 联合定位方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于T²/R的时差与多普勒频移联合定位方法，包括以下 步骤：

S1、选择两个不同信号频率的短波广播电台作为发射站，获取它们的发射 频率和坐标位置，并根据坐标位置计算发射站和接收站之间的地面大圆距离；

S2、根据信号频率和地面大圆距离使用时差测量法，计算得到直达波与散 射波之间的时差数据以及多普勒频移数据，其中，直达波为接收站直接接收的 发射站信号，散射波为发射信号照射到空中飞行目标后反射到达接收站的信 号；

S3、根据得到的时差数据和多普勒频移数据进行联合，得到目标状态估计 方程，并通过批处理算法计算得到收敛结果，即为飞行目标的位置和飞行速度。

进一步地，本发明的步骤S1中获取短波广播电台发射频率和坐标位置的 方法为：

从国际电信联盟发布的短波全频段无线电频率划分列表中，选择两个发射 站，发射站不能与接收站同在一个坐标位置上，两个短波广播信号采用AM调 制方式，且为不同频率短波信号。

进一步地，本发明的步骤S2具体包括以下步骤：

S21、提取直达波信号，该直达波为接收站直接接收的发射站信号；

S22、提取散射波信号，该信号为发射站发射信号照射到空中机动目标后， 反射到达接收站的信号；

S23、利用时差估计算法得到连续k次直达波与散射波之间的时差信息；

S24、利用多普勒频移估计算法得到连续k次直达波与散射波之间的多普 勒频移信息。

进一步地，本发明的步骤S3具体包括以下步骤：

S31、计算时差测量方程对目标初始状态向量的Jacobi矩阵；

S32、计算多普勒频移测量方程对目标初始状态向量的Jacobi矩阵；

S33、对步骤S31和步骤S32的计算结果进行联合处理，即将得到的两个 矩阵进行组合得到目标状态估计方程，其公式为：