一種利用多輸入單輸出無線電系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)定位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及目標(biāo)定位技術(shù)中的一種聯(lián)合時(shí)差測距技 術(shù)的多輸入單輸出系統(tǒng)（multiple input and single output，MIS0)無線電信號高精度目 標(biāo)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多輸入單輸出無線電系統(tǒng)是在發(fā)射端采用輻射非相干波形的多天線陣列，在接收 端采用單根天線。在許多實(shí)際應(yīng)用中，需要讓一些小型運(yùn)動(dòng)平臺（無人機(jī)、制導(dǎo)武器等）對 目標(biāo)進(jìn)行定位。但這些平臺往往體積小，無法放置大孔徑的天線陣列，甚至有些只能放置單 根天線，這使得小型運(yùn)動(dòng)平臺對目標(biāo)定位的能力受到很大限制。
[0003] 申請?zhí)枮?01310385863. 0的專利公開了一種利用輔助雷達(dá)的先驗(yàn)知識確定目標(biāo) 方位角和距離的方法。該方法在實(shí)現(xiàn)過程中需要利用輔助雷達(dá)提供的目標(biāo)距離先驗(yàn)知識， 而目標(biāo)距離的先驗(yàn)知識有時(shí)候得不到，特別是目標(biāo)瞬間出現(xiàn)并以高速運(yùn)行時(shí)。因此，該方法 具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)需要先驗(yàn)知識才能對空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行快速定位的缺陷，本發(fā) 明提供一種利用多輸入單輸出無線電系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)定位的方法，針對地面同時(shí)固定有大型 陣列的發(fā)射站和僅有單根天線的接收站，對空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的定位。
[0005] 本發(fā)明的原理為：利用個(gè)數(shù)大于等于2的無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射非相干信號，利用單 個(gè)無線電接收機(jī)所接收的目標(biāo)反射回波來確定目標(biāo)的方位角，同時(shí)通過測定信號經(jīng)發(fā)射 機(jī)一目標(biāo)一接收機(jī)的時(shí)差來確定目標(biāo)的距離，將目標(biāo)的方位角和目標(biāo)的距離作為目標(biāo)的估 計(jì)位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速定位。
[0006] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0007] S1、設(shè)置當(dāng)前發(fā)射機(jī)并指定所述當(dāng)前發(fā)射機(jī)中的一個(gè)發(fā)射機(jī)為基準(zhǔn)發(fā)射機(jī)，初始 化所需目標(biāo)定位數(shù)據(jù)并存入當(dāng)前接收機(jī)內(nèi)存，其中，所述當(dāng)前發(fā)射機(jī)的個(gè)數(shù)多2,所述當(dāng)前 接收機(jī)個(gè)數(shù)為1，所述所需目標(biāo)定位數(shù)據(jù)為當(dāng)前發(fā)射機(jī)的個(gè)數(shù)、當(dāng)前發(fā)射機(jī)的序號、基準(zhǔn)發(fā) 射機(jī)的序號、發(fā)射的信號個(gè)數(shù)、發(fā)射信號和接收信號的時(shí)域采樣周期、當(dāng)前接收機(jī)接收信號 的時(shí)域采樣的時(shí)刻個(gè)數(shù)、每個(gè)時(shí)刻當(dāng)前接收機(jī)接收信號的時(shí)域采樣序列的長度、所需測量 的時(shí)差個(gè)數(shù)，其中，所述所需測量的時(shí)差個(gè)數(shù)為經(jīng)驗(yàn)值；
[0008] S2、獲取Sl所述當(dāng)前發(fā)射機(jī)的時(shí)域采樣序列記第k個(gè)當(dāng)前發(fā)射機(jī)的時(shí)域采樣序列 為81<=[8 1<(1)81<(2)*"81<(1)]1'，獲取51所述當(dāng)前接收機(jī)的時(shí)域采樣序列1=|^(1)1(2) …x(M)] T= n Sa(0)+n，其中，S= [Si S2…sK]為當(dāng)前發(fā)射機(jī)的時(shí)域采樣序列構(gòu)成發(fā)射 信號的時(shí)域采樣矩陣，k = 1，…，K，M為時(shí)域采樣點(diǎn)數(shù)，K為發(fā)射陣列中當(dāng)前發(fā)射機(jī)的個(gè)數(shù)， η為信號衰減因子，η = [η(1)η(2)···η(Μ)]τ為高斯白噪聲向量；
[0009] S3、確定Sl所述當(dāng)前發(fā)射機(jī)的發(fā)射陣列的驅(qū)動(dòng)向量a( Θ )，即對 S2所述的S求逆后乘以S2所述x，得到當(dāng)前發(fā)射機(jī)的發(fā)射陣列的驅(qū)動(dòng)向量
，其中，Θ為目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的方位角，λ為發(fā)射 信號的波長，d2, d3，…，dK分別為編號為2, 3,…，K的當(dāng)前發(fā)射機(jī)相對于編號為1的當(dāng)前發(fā) 射機(jī)的距離，j為虛部；
[0010] S4、確定目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的方位角，具體為：
[0011] S41、利用最小二乘法得到S3所述a(0)的估計(jì)
，其中，Sh為S 的共輒轉(zhuǎn)置；
[0012] S42、將掃描的空域按照角度劃分為L個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對應(yīng)的方位角記作 θ 1，θ 2，θ 3,…，θ U計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)向量a( Θ i)，其中，1 = 1，2,…，L ;
[0013] S43、找出目標(biāo)相對發(fā)射陣列的方位角
'其中，
[0014] S5、確定目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的距離d2，具體如下：
[0015] S51、測定信號經(jīng)發(fā)射機(jī)一目標(biāo)一接收機(jī)的時(shí)差t τ，則有山+(12= ct τ，其中，c為光 速，山為目標(biāo)與發(fā)射機(jī)之間的距離，(12為目標(biāo)與接收機(jī)之間的距離；
[0016] S52、根據(jù)公式
計(jì)算出目標(biāo)與接收機(jī)的距離， 其中，d。為接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的距離，β為接收機(jī)相對于發(fā)射機(jī)的方位角。
[0017] 進(jìn)一步地，Sl所述發(fā)射信號為同頻非相干信號。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 本發(fā)明因發(fā)射陣列和接收站均固定于地面且具體位置已知，則可通過接收站所接 收來自于發(fā)射陣列的直達(dá)波對MISO無線電的系統(tǒng)測量誤差進(jìn)行校正，提高目標(biāo)的定位精 度；本發(fā)明方法原理簡單，計(jì)算量小，可對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位；本發(fā)明因?qū)\(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn) 行定位時(shí)無需任何先驗(yàn)知識，則實(shí)用性較強(qiáng)。本發(fā)明方法可廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲納、遙 測、無線電監(jiān)測與管理等領(lǐng)域。
[0020] 采用同頻非相干信號，避免了解相干，使得后續(xù)運(yùn)算相對簡單。
【附圖說明】
[0021] 圖1為MISO無線電系統(tǒng)目標(biāo)定位示意圖。
[0022] 圖2為具有5個(gè)發(fā)射機(jī)的MISO系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位示意圖。
[0023] 圖3為t = 1時(shí)刻各信號進(jìn)行時(shí)域采樣后的圖。
[0024] 圖4為目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的方位角測定圖。
[0025] 圖5為目標(biāo)在20個(gè)時(shí)刻處所估計(jì)的位置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】：
[0027] 如圖2所示，本實(shí)施方式采用5個(gè)發(fā)射機(jī)為當(dāng)前發(fā)射機(jī)，序號分別為1、2、3、4、5。 默認(rèn)序號為1的發(fā)射機(jī)為基準(zhǔn)發(fā)射機(jī)，2、3、4、5號發(fā)射機(jī)相對于1號發(fā)射機(jī)的距離分別為 0. 75米，1. 5米，2. 25米，3米。各發(fā)射機(jī)發(fā)射同頻非相干的信號且發(fā)射信號的頻率都為 200MHz。時(shí)域采樣的采樣周期為2. 5納秒，信噪比為5dB，采樣長度為128。
[0028] 如圖2所示，令目標(biāo)的初始位置（t = 0時(shí)刻）位于發(fā)射陣列中點(diǎn)處法線的右側(cè)， 且目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的方位角設(shè)定為α = 30°和目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的距離（以3號 發(fā)射機(jī)為參考）為l〇km，目標(biāo)以50m/s從右向左平行于發(fā)射陣列的速度運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)測定信 號經(jīng)發(fā)射機(jī)一目標(biāo)一接收機(jī)的時(shí)差的誤差在[-0. 5 μ s, 0. 5 μ s]均勾分布；信號衰減因子 η = 〇. 05 ;單天線接收機(jī)也位于發(fā)射陣列中點(diǎn)處法線的右側(cè)，接收機(jī)相對于發(fā)射陣列的方 位角β = 45°，接收機(jī)相對于發(fā)射陣列的距離（以3號發(fā)射機(jī)為參考）為2km。
[0029] 在本實(shí)施方式中，利用這5個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)射同頻非相干的信號，通過固定在地面的 單天線接收機(jī)接收空中目標(biāo)反射的回波信號，并對接收的回波進(jìn)行時(shí)域采樣和信號處理， 估計(jì)出目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的方位角，同時(shí)通過測定信號經(jīng)發(fā)射機(jī)一目標(biāo)一接收機(jī)的時(shí) 差t τ，利用時(shí)差測距技術(shù)，估計(jì)出目標(biāo)相對于發(fā)射陣列的距離，最終實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)準(zhǔn)確定位的 目的。
[0030] 步驟1.將無線電發(fā)射機(jī)的個(gè)數(shù)K = 5、各發(fā)射機(jī)本機(jī)的序號及基準(zhǔn)發(fā)射機(jī)的序號， 采樣的時(shí)域，采樣周期T = 1秒，各發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的頻率及