信号波形已知条件下的多目标直接定位方法技术

本发明专利技术涉及一种信号波形已知条件下的多目标直接定位方法，首先通过建立到达信号复包络和载波相位关于目标位置参数的闭式模型，通过基2‑FFT算法将多站阵列天线接收数据转化为频域数据，利用先验已知的信号波形信息和最大似然估计准则建立联合估计多目标参数和信号复传播系数的优化模型，然后通过数学推演得到仅关于多目标位置参数的数学优化模型，最后利用Gauss‑Newton迭代算法实现对多目标的高精度定位。本发明专利技术提高多对目标的定位精度，尤其是提高多目标信号时域相关条件下的定位精度，不仅克服传统两步定位方法的缺点，而且在目标信号时域相关的条件下比Weiss‑Amar方法具有更高的定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线电信号定位领域，特别涉及一种信号波形已知条件下的多目标直接定位方法。
技术介绍
众所周知，无线电信号定位对于目标发现及其态势感知具有重要意义，其在通信信号侦察、电子信息对抗、无线电监测、遥测与导航等诸多工程科学领域具有广泛应用。根据观测站的数目进行划分可以将无线电信号定位体制分为单站定位和多站定位两大类，这两类定位体制各有其自身优势。具体来说，单站定位系统具有灵活性高、机动性好、系统简洁、无需信息同步和信息传输等优点，而多站定位系统则能够提供更多观测信息量，有助于获得更高定位精度。在多站定位系统中，最常用的定位方法是多站测向交汇法，即每个观测站通过各种测向算法估计信号的到达角度参数，然后再利用各个观测站所确定的角度线进行交叉汇合，从而得到目标的位置坐标。这种先测向再定位的方法属于“两步定位”模式，该定位模式具有计算过程简单，对观测站间的通信带宽和同步精度要求不高，便于工程实现等优点，目前正被广泛应用于许多无线电信号定位系统中。然而，“两步定位”模式也存在一些固有缺点，例如，估计性能难以达到渐近最优、存在门限效应、在多目标条件下需要测量数据关联等问题。针对上述问题，以色列学者A.J.Weiss和A.Amar提出了一种新型无线电信号定位模式，即目标位置直接定位。这种(单步)直接定位方式的基本思想是从原始采集信号中直接提取目标的位置坐标，而无需估计其它中间参量。在多站定位条件下，直接定位方法要求各个观测站的信号采集数据传递至中心站，中心站在信号数据域实现目标位置参数的直接估计，可以同时利用信号到达不同观测站的时延差信息以及同一观测站内不同天线的相位差信息。根据信息处理的理论可知，单步直接定位方法会比两步定位方法具有更高的估计精度，并且可以避免两步参数估计中的门限效应，以及多目标定位中的测量数据关联问题。需要指出的是，目标直接定位方法除了可以克服两步定位方法的一些缺点外，它还存在另一个重要优势就是便于利用信号波形先验信息。在一些无线电通信与测向定位场景中(例如移动通信与合作式定位中)，信号波形信息可以先验已知，若能够将这一部分信息融入到目标位置估计中，则可以显著提高定位精度。A.J.Weiss和A.Amar正是基于这一思想提出了一种信号波形已知条件下的多目标直接定位方法(下面称其为Weiss-Amar方法)，该方法虽然具有较高的定位精度，但却要求多目标信号之间在时域上相互独立，当这一假设条件不能满足时(即信号间时域相关时)，其定位精度会受到较大影响，定位性能曲线也会偏离相应的克拉美罗界。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种信号波形已知条件下的多目标直接定位方法，在信号波形先验已知的条件下实现多目标的精确定位，不仅能够克服传统两步定位方法的缺点，而且比Weiss-Amar方法具有更高的定位精度，尤其是在目标信号时域相关的条件下，提高对多目标的定位精度，尤其是提高多目标信号时域相关条件下的定位精度。按照本专利技术所提供的设计方案，一种信号波形已知条件下的多目标直接定位方法，具体包含如下步骤：步骤1.对N个观测站的M通道阵列天线接收系统做时间同步，根据奈奎斯特采样定理采集目标辐射的无线电信号数据，获得阵列信号时域数据；步骤2.对每个观测站的阵列信号时域数据在时域上划分成K个子段，每个子段内均包含有Q个采集数据点，对每个子段内的Q个数据样本做基2-FFT运算，得到阵列信号频域数据；步骤3.每个观测站将所获得的阵列信号频域数据传输至中心站，中心站对每个观测站传输的阵列信号频域数据进行堆栈排列，构造高维阵列信号频域数据；步骤4.中心站利用先验已知的信号波形信息以及高维阵列信号频域数据，建立联合估计多目标位置参数和信号复传播系数的最大似然估计准则；步骤5.基于最大似然估计准则，通过数学推演得到仅关于多目标位置参数的数学优化模型；步骤6.针对数学优化模型利用Gauss-Newton迭代算法进行多目标精确定位。上述的，步骤1中第n个观测站的阵列天线所接收到的信号时域模型为：xn(t)=Σd=1Dβndan(pd)sd(t-τn(pd)-td(0))+ϵn(t),(1≤n≤N),]]>其中，pd表示第d个目标的位置向量，表示第d个目标的发射信号时间，sd(t)表示第d个目标信号的复包络，an(pd)表示第d个目标信号相对于第n个观测站的天线阵列流形向量，τn(pd)表示第d个目标信号到达第n个观测站的传播时延，βnd表示第d个目标信号到达第n个观测站的复传播系数，εn(t)表示第n个观测站中天线阵列的阵元噪声向量；步骤2中第n个观测站的阵列天线接收信号在第k个子段内的频域模型为：x~n(k)(ωq)=Σd=1Dβndan(pd)s~d(k)(ωq)·exp{-jωq(τn(pd)+td(0))本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号波形已知条件下的多目标直接定位方法，具体包含如下步骤：步骤1.对N个观测站的M通道阵列天线接收系统做时间同步，根据奈奎斯特采样定理采集目标辐射的无线电信号数据，获得阵列信号时域数据；步骤2.对每个观测站的阵列信号时域数据在时域上划分成K个子段，每个子段内均包含有Q个采集数据点，对每个子段内的Q个数据样本做基2‑FFT运算，得到阵列信号频域数据；步骤3.每个观测站将所获得的阵列信号频域数据传输至中心站，中心站对每个观测站传输的阵列信号频域数据进行堆栈排列，构造高维阵列信号频域数据；步骤4.中心站利用先验已知的信号波形信息以及高维阵列信号频域数据，建立联合估计多目标位置参数和信号复传播系数的最大似然估计准则；步骤5.基于最大似然估计准则，通过数学推演得到仅关于多目标位置参数的数学优化模型；步骤6.针对数学优化模型利用Gauss‑Newton迭代算法进行多目标精确定位。

【技术特征摘要】
2015.12.05 CN 20151088796851.一种信号波形已知条件下的多目标直接定位方法，具体包含如下步骤：
步骤1.对N个观测站的M通道阵列天线接收系统做时间同步，根据奈奎斯特采样定理采
集目标辐射的无线电信号数据，获得阵列信号时域数据；
步骤2.对每个观测站的阵列信号时域数据在时域上划分成K个子段，每个子段内均包
含有Q个采集数据点，对每个子段内的Q个数据样本做基2-FFT运算，得到阵列信号频域数
据；
步骤3.每个观测站将所获得的阵列信号频域数据传输至中心站，中心站对每个观测站
传输的阵列信号频域数据进行堆栈排列，构造高维阵列信号频域数据；
步骤4.中心站利用先验已知的信号波形信息以及高维阵列信号频域数据，建立联合估
计多目标位置参数和信号复传播系数的最大似然估计准则；
步骤5.基于最大似然估计准则，通过数学推演得到仅关于多目标位置参数的数学优化
模型；
步骤6.针对数学优化模型利用Gauss-Newton迭代算法进行多...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏毅，王鼎，杨宾，吴瑛，吴志东，唐涛，张莉，吴江，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41