[发明专利]基于尺度差和时差的双机无源定位方法

说明书

本发明公开的一种基于尺度差和时差的双机无源定位方法，所述双机无源定位方法包括如下步骤：利用宽带互模糊函数算法提取第一辐射源信号和第二辐射源信号受噪声扰动的尺度差估计值；根据尺度差估计值建立尺度差非线性约束不等式；进而确定可行区域；以代价函数作为适应度函数，确定可行区域内的第一向量粒子群中适应度函数的值最小时的向量粒子的位置矢量及边界的第二向量粒子群中适应度函数的值最小时的向量粒子的位置矢量；进而确定最终定位结果。本发明利用设置在可行区域的第一向量粒子群和位于可行区域边界的第二向量粒子群，分别以代价函数为适应度函数寻找最优位置，实现了基于两个信号的到达时间差和尺度差信息来精确确定辐射源位置。

技术领域

本发明涉及无源定位技术领域，特别涉及一种基于尺度差和时差的双机无源定位方法及系统。

背景技术

在过去的几十年中，无源定位问题一直是一个热门话题。它是许多应用方向(包括监视、紧急救援、E911和无线通信)的基础。最常用的无源定位方法是利用接收信号强度(received signal strength，RSS)，到达角度(angle of arrival，AOA)，到达时间(timeof arrival，TOA)，到达时间差(time difference of arrival，TDOA)和到达频率差(frequency difference of arrival，FDOA)信息来确定辐射源位置。由于其定位精度高，TDOA已得到了广泛应用。不过当接收器和辐射源之间存在相对运动时，就应将FDOA与TDOA一起考虑，以提高定位性能。传统间接定位方法通常是分为两个步骤进行。第一步是测量接收信号的中间参数，TDOA和FDOA；第二步是将各站测得的参数传输到中央处理站，统一处理后以确定辐射源位置。考虑到不同接收器的TDOA和FDOA测量值由于量测噪声的影响导致这些测量值可能具有不同的方差，因此需要引入一组系数来权衡不同接收器的TDOA和FDOA测量值,，以找出这些真实方差，而方差估计很复杂且对噪声很敏感。近年来提出的直接位置确定(Direct Position Determination，DPD)方法能够仅通过一个步骤就估算出辐射源位置，且比传统的间接定位法具有更高的定位性能和对低信噪比的更强适应性。这是因为所有TDOA和FDOA都对应地约束在DPD方法中考虑，并利用了与辐射源位置的共同联系来构造代价函数。不过，基于TDOA和FDOA的定位方法主要针对的是窄带辐射源信号，此时信号时宽带宽积(c为光速，v为相对径向速度)，而宽带信号并不适用于此条件。对于信号可看成瞬时窄带的宽带辐射源信号，通过时域分帧的窄带近似可将其多普勒展宽转换为各帧的多普勒频移来进处理。不过分帧的窄带近似未能充分利用宽带信号功率，其在低信噪比条件下性能下降。既然频域的多普勒展宽又表现为时域的尺度变化，而尺度变化同样包含有辐射源的运动信息，因此，可利用尺度信息来完成定位，从而避免在频域对宽带信号的窄带近似。通过Sinc函数插值重建出信号的缩放副本和时移副本，实现了两个信号的TDOA和尺度差(scale difference of arrival，SDOA)的快速联合估计。利用时延和尺度信息确定宽带辐射源位置的DPD方法采用高斯-牛顿迭代法来寻找最优解。但这种方法存在的问题在于需要进行插值拟合处理，且高斯-牛顿迭代为局部最优算法，精度易受初始值影响。如何基于两个信号的到达时间差和尺度差信息来精确确定辐射源位置，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于尺度差和时差的双机无源定位方法及系统，以实现基于两个信号的到达时间差和尺度差信息来精确确定辐射源位置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于尺度差和时差的双机无源定位方法，所述双机无源定位方法包括如下步骤：

通过双无人机获取第一辐射源信号和第二辐射源信号；

利用宽带互模糊函数算法提取所述第一辐射源信号和所述第二辐射源信号受噪声扰动的尺度差估计值；

根据所述尺度差估计值建立尺度差非线性约束不等式；