[发明专利]基于位置误差的多无人机多普勒频移定位方法

说明书

本发明公开了一种基于位置误差的多无人机多普勒频移定位方法，主要解决现有技术中忽略位置误差会导致定位精度恶化以及定位方程求解复杂度高、计算量大的问题。本发明的实现步骤为：获取每个无人机的多普勒频移观测量和距离变化率观测量；生成辐射源位置向量和速度向量的联合粗略估计向量；构造系数矩阵、观测矩阵和观测向量；获得辐射源位置向量和速度向量的联合精确估计向量；计算辐射源位置向量的估计向量和辐射源速度向量的估计向量。本发明在考虑位置误差的同时降低方程计算量，具有较好的定位精度和定位速度，可用于移动辐射源的定位。

技术领域

本发明属于辐射源定位技术领域，更进一步涉及一种基于位置误差的多无人机多普勒频移定位方法，特别适用于在无人机位置误差较大的定位场景中。

背景技术

无源定位是一种在自身不发射电磁波的情况下利用辐射源自身所发出的信号进行定位的目标探测技术。近些年来，随着无人机技术的不断发展，其有效载荷和航程的增加使得利用无人机进行无源定位成为了可能。根据定位系统对辐射源观测的参数不同，无源定位中的常见定位方法有测角交叉定位、时差定位、频差定位、接收信号强度定位以及时频差联合定位等。其中，针对运动辐射源的无源定位，通常采用时频差联合定位的方法，但该方法需要同时观测两种参数，时差观测量和频差观测量相互支撑，对测量设备的性能也有较高的要求，因而如何实现在缺少时差观测量支撑的条件下仅利用频率观测量完成对辐射源的定位，有着巨大的发展潜力和显著的工程价值。

中国人民解放军战略支援部队信息工程大学在其申请的专利文献“一种信号载波频率先验误差存在下单平台多普勒两阶段闭式定位方法”(专利申请号：202110927203.5，授权公告号：CN 113835061 B)中公开了一种在发射信号的载波频率存在测量误差的条件下利用单个运动无人机对静止辐射源进行定位的闭式解方法。该方法针对定位方程中到达频率观测量与辐射源位置向量之间的非线性关系，先后构建了两组伪线性观测方程，并且分别获得了相应的闭式解，通过两阶段计算实现了对辐射源的高精度定位。但是，该方法仍然存在的不足之处是，忽略了无人机位置误差对定位精度的影响，无人机本身的位置、速度参数是通过一些导航设备测量得到的，也会存在一定的误差。在无人机位置误差较大的场景中，如果该误差被忽略，会导致定位精度的恶化。

邓丽娟等人在其发表的论文“Doppler Frequency Shift Based SourceLocalization in Presence of Sensor Location Errors”(IEEE Access，2018，6：59752-59760)中提出了一种传感器位置误差下利用多普勒频移观测量的辐射源定位方法。该方法考虑了传感器位置误差对定位精度的影响，建立了包含传感器位置误差的多普勒频移观测模型，然后遵循两步加权最小二乘法的基本框架，在两个阶段分别求解相应的伪线性方程，最终获得辐射源运动参数的精确估计值，具有很好的定位精度和传感器位置误差处理能力。但是，该方法存在的不足之处是，定位所需的多普勒频移观测量较多，多普勒频移观测量与定位方程是一一对应的，多普勒频移观测量的增加必然导致定位方程个数的增加，加大定位方程组求解的难度和计算量。如果多普勒频移观测量较少，会产生定位偏差，严重影响定位精度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有方法的不足，提出一种基于位置误差的多无人机多普勒频移定位方法，用于解决忽略位置误差会导致定位精度恶化以及定位方程求解复杂度高、计算量大的问题。

实现本发明目的的具体思路是：本发明利用包含位置误差的无人机位置向量构造观测矩阵和观测向量，然后利用加权最小二乘法获得辐射源位置向量和速度向量的联合粗略估计向量，接着利用辐射源位置向量和速度向量的联合粗略估计向量各元素之间的约束关系，对辐射源位置向量和速度向量的联合粗略估计向量进行修正，解决了现有技术中忽略无人机位置误差会导致定位精度急剧恶化的问题。在对辐射源位置向量和速度向量进行联合估计时，待估计的辐射源位置向量和速度向量的联合粗略估计向量、辐射源位置向量和速度向量的联合精确估计向量的各个元素均不涉及包含位置误差的无人机位置向量，形式更简单、求解更方便，克服了现有技术中多普勒频移定位方程求解复杂度高、计算量大的不足。