專利名稱：一種基于線性關(guān)系的高精確時(shí)差定位算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時(shí)差定位算法，尤其是基于線性關(guān)系的時(shí)差定位算法。
背景技術(shù)：
時(shí)差定位屬于雙曲定位范疇，利用輻射源信號(hào)傳播到各傳感器的時(shí)差對(duì)輻射源二維或三維位置進(jìn)行定位。時(shí)差定位技術(shù)在機(jī)場(chǎng)進(jìn)近著陸、移動(dòng)車輛及其它輻射目標(biāo)定位、嵌入聲納或雷達(dá)陣列構(gòu)成定位系統(tǒng)等方面都具有重要應(yīng)用.時(shí)差定位的基礎(chǔ)是精確獲得接收輻射源信號(hào)的不同傳感器間時(shí)差信號(hào)，可以通過(guò)最大似然估計(jì)、聯(lián)合估計(jì)及相關(guān)估計(jì)等實(shí)現(xiàn)。獲得時(shí)差信號(hào)后，時(shí)差定位算法對(duì)估計(jì)輻射源位置具有關(guān)鍵作用。目前所用時(shí)差定位算法主要有泰勒級(jí)數(shù)法、分而治之法、球面交叉法、球面插值法，F(xiàn)ang方法和Chan方法。最近有結(jié)合時(shí)差和頻差定位的報(bào)道，但時(shí)差定位本身尚需進(jìn)一步研究.
泰勒級(jí)數(shù)法首先對(duì)雙曲定位方程同時(shí)線性化，用泰勒級(jí)數(shù)估計(jì)這些線性代數(shù)方程的最小均方誤差解。泰勒級(jí)數(shù)法最大的問(wèn)題是其收斂性沒(méi)有保障，所求解是否是輻射源位置與初始估計(jì)密切相關(guān)。時(shí)差值分組合理時(shí)，分而治之法是無(wú)偏的。否則該方法產(chǎn)生的均方誤差超過(guò)Cramer-Rao下界。球面交叉法利用交叉球面確定輻射源位置，其利用的代數(shù)關(guān)系為輻射源距離的二次式?；诮⒃谳椛湓淳嚯x和輻射源深度基礎(chǔ)上的誤差方程組，球面插值法把距離差轉(zhuǎn)化為位置估計(jì).在最大似然意義下，F(xiàn)ang方法是最優(yōu)的。但是這種方法只適合二維定位。通過(guò)把三維定位問(wèn)題分解為多個(gè)二維定位問(wèn)題，F(xiàn)ang方法也可用于三維定位。目前為止，Chan方法是較優(yōu)的一種時(shí)差定位算法，實(shí)際上是最大似然估計(jì)器的一種近似實(shí)現(xiàn).所有以上方法都具有一共同缺陷即使時(shí)差值足夠，輻射源位置也不能唯一求出。球面交叉法和Fang方法求解一個(gè)二次式，一般都產(chǎn)生兩個(gè)解。簡(jiǎn)單認(rèn)為其中一解在合理范圍，而摒棄另外一解在一些極端情況下都是不適用的。球面插值法運(yùn)行一次得到輻射源距離和輻射源深度信息，但其必須運(yùn)行兩次，所以也會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)解。Chan方法利用的幾何關(guān)系是輻射源位置向量的二次式，仍然會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)解，甚至?xí)a(chǎn)生復(fù)數(shù)解。所以，這些已有方法都必須結(jié)合一定先驗(yàn)知識(shí)，判定各所求解的合理性。


圖I是信號(hào)接收傳感器和輻射源之間位置示意圖

發(fā)明內(nèi)容
如圖I所示，r為輻射源位置向量，ri為第i個(gè)接收傳感器位置向量，并且定義
j = Y1-Yj, rijS = A-r。用c代表信號(hào)傳播速度，rank()代表對(duì)輸入矩陣求秩，代表信號(hào)從福射源傳播到第i個(gè)接收傳感器的消耗時(shí)間，且令tu = ti-tj在\和ti+1時(shí)間內(nèi)、信號(hào)傳播距離分別為IriJ I = Cti, I ri+ljS I = cti+1,(I)
所以我們可以得到
權(quán)利要求
1.一種基于線性關(guān)系的高精確時(shí)差定位算法，其特征在于包括以下步驟 (1)對(duì)接收輻射信號(hào)的傳感器分組，任意三個(gè)為一組； (2)任意一組傳感器決定一線性方程，對(duì)應(yīng)定位空間一定位平面； (3)綜合考慮各線性方程，在均方誤差最小或其它優(yōu)化意義下，求出輻射源空間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器分組，其特征在于時(shí)差定位屬于雙曲定位范疇，任意兩個(gè)傳感器之間滿足時(shí)差關(guān)系的空間位置點(diǎn)集為雙曲面或雙曲線；而本發(fā)明有別于這種分組，米用任意三個(gè)傳感器構(gòu)成一組的方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意一組三個(gè)傳感器決定一定位平面，其推導(dǎo)過(guò)程如下假設(shè) r為福射源位置向量，h為第i個(gè)接收傳感器位置向量,且定義a，J^riTj, ri；^riT, c代表信號(hào)傳播速度，\代表信號(hào)從輻射源傳播到第i個(gè)接收傳感器的消耗時(shí)間，且令假設(shè)第i_l、i、i+1傳感器構(gòu)成一組，在\和ti+1時(shí)間內(nèi)、信號(hào)傳播距離分別為
4.根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則，從⑶式可以求出r = (Ar,\)~l fli,以上根據(jù)最小均方誤差求出的r僅為本發(fā)明的一種基于線性關(guān)系的高精確時(shí)差定位算法的較佳實(shí)例之一，并非用于限定本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)內(nèi)容范圍，實(shí)質(zhì)內(nèi)容已廣泛地定義于權(quán)利要求書中，任何他人所完成的技術(shù)實(shí)體和方法，若是與權(quán)利要求書中所定義者完全相同，或同一等效變更(如采用其它等效方法推導(dǎo)出的線性關(guān)系)，均將被視為涵蓋于此專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)差信號(hào)的輻射源位置線性定位方法。線性定位方程組以輻射源位置向量為變量，各接收傳感器的位置向量和時(shí)差為系數(shù)或偏移向量。由于噪音、測(cè)量誤差影響，線性定位方程組可能有唯一解、無(wú)解或無(wú)窮解。在定位傳感器足夠時(shí)，用最小均方誤差法從線性定位方程組求出輻射源位置。常用的非線性定位方法，包括Chan方法、球面交叉法、球面插值法等，本質(zhì)上都會(huì)產(chǎn)生多解，需要各解的合理性進(jìn)行判斷，確定最優(yōu)解。本發(fā)明公開(kāi)的線性定位方法在定位條件足夠時(shí)，本質(zhì)上解唯一，完全避免了非線性方法會(huì)產(chǎn)生多解，需要對(duì)各解合理性進(jìn)行判定的弊端。
文檔編號(hào)G01S5/00GK102628931SQ20111019739
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者劉怡光, 劉春玲, 曹麗萍 申請(qǐng)人:劉怡光, 劉春玲, 曹麗萍