一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法，属于无源定位领域。首先，通过各个接收站的无线通信模块将各个从接收站采集到的TOA数据及各个接收站的位置信息传给主设备及多核DSP；多核DSP对接收到TOA进行配对计算得到TDOA；规划粒子群算法的粒子种群数量，分配多核DSP各个核运算任务；初始化整体最优粒子的适应值，确定适应度函数；用主核中的备用粒子代替从核中的非全局最优的粒子；从核获得主核代替的粒子组成新的种群后，迭代跟新得出粒子群算出来的大概估计位置；最后在主核中利用粒子群算法得出的结果作为泰勒级数算法的初值进行定位计算得出最终的定位结果。能够增加粒子种群的多样性，从而使算法收敛的更快，定位的求解更快。

A realization method of passive TDOA location algorithm based on multi-core DSP operation

The invention discloses a realization method of passive TDOA location algorithm based on multi-core DSP operation, which belongs to the field of passive location. First, through the wireless communication module of each receiving station, the TOA data collected from the receiving station and the location information of each receiving station are passed to the main device and the multi-core DSP; the multi-core DSP is paired and calculated to obtain the TDOA; the particle population number of the particle swarm optimization algorithm is planned, and the multi-core DSP each kernel operation task is assigned; The fitness function of the overall optimal particle is started, and the fitness function is determined; the non global optimal particles in the core are replaced by the spare particles in the main nucleus; the approximate estimation position of the particle swarm optimization is obtained by the iteration and the new particle swarm optimization. The result is the initial value of Taylor series algorithm, and the final location result is obtained. It can increase the diversity of particle populations, so that the algorithm converges faster and the location is solved more quickly.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法
本专利技术属于无源定位领域，具体涉及一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法。
技术介绍
随着现代战场上大批量的使用电子信息装备，电磁空间的争斗愈演愈烈。其中如何准确、快速的获取敌方电磁势态，快、精、准的了解哪里有何种辐射源是获取电磁战主动权的前提。所以对目标辐射源的快速高精度的定位成为了首要研究课题，随着处理器技术的日益更新和定位算法的完善，单核DSP渐渐无法满足对目标的实时精确的定位，而多核数字信号处理器(DSP)具有性能高，功耗低，强大的计算能力，多核并行的效率优势以及高效的浮点处理能力，满足了时差定位系统对运行效率、准确性、实时性、可靠性的要求，因此多核DSP的应用在今后定位技术中是必然趋势。目前杨俊峰(核电子学与探测技术第33卷第4期，2013年4月，基于Chan算法和Taylor级数混合算法的到达时差定位)提出的一种基于Chan算法初值选取与泰勒级数展开法精确迭代的时差定位方法，但是在非视距传输及信道性能较差的情况下，定位精度下降，解出的定位初值不够精确，影响Taylor级数算法的求解。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够快速、实时、准确的定位，并能将定位结果实时的反馈给计算机进行显示的一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法，包括以下步骤：步骤(1)：通过各个接收站的无线通信模块将各个从接收站采集到的TOA数据及各个接收站的位置信息传给主设备及多核DSP；步骤(2)：多核DSP对接收到TOA进行配对计算得到TDOA，根据接收站的位置信息和辐射源的到达时差利用泰勒级数—粒子群协同算法对辐射源的定位，在主核中对4组不同接收站接收到的TOA根据相应的配对规则进行一一配对，得到同一时刻四个不同的接收站接收到的不同的TOA，进行相减得出TDOA；步骤(3)：规划粒子群算法的粒子种群数量，以及多核DSP各个核运算任务的分配，多核DSP在用粒子群算法求解时采用并行执行的方式，及主核core0负责任务的分配、调度工作，从核负责任务的执行；步骤(4)：初始化各个粒子的信息，初始化整体最优粒子的适应值，确定适应度函数，并计算比较各个核中粒子的个体和全局最优解；步骤(5)：将步骤四得出的每个核中的全局最优解传给主核进行比较得出整个粒子群的全局最优解，并用主核中的备用粒子代替从核中的非全局最优的粒子；步骤(6)：从核获得主核代替的粒子组成新的种群，更新新的粒子种群的位置、速度信息，计算粒子的适应值，各个粒子现有的适应值与之前历史最好适应值比较得出最新个体最优值代替原有的历史最优值，比较每个粒子的最新个体最优值，更新从核的全局最优值并传个主核与之前的整体全局最优值进行比较得出最新的整体全局最优值；步骤(7)：判断是否满足终止标准，若满足终止标准，则停止搜索；否则，重复步骤(4)到(6)；步骤(8)：在主核中利用粒子群算法得出的结果作为泰勒级数算法的初值进行定位计算得出最终的定位结果。所述的步骤(1)具体为：(1.1)主设备及多核DSP向从接收站发出开始工作的消息；(1.2)从接收站接收到多核DSP的广播信息之后，从接收站的采集系统开始采集TOA并将其采集到的TOA放入FIFO中；(1.3)待FIFO满标志后从设备的DSP读取FIFO中的TOA；(1.4)通过无线通信模块将其读取的TOA和自己位置信息传给多核DSP。所述的步骤(4)具体为：(4.1)初始化A0—A7中所有粒子的位置和速度信息，并初始化整体最优粒子的适应值f＝0；3个从接收站坐标为(xi,yi,zi)(i＝1,2,3)和主接收站(x0,y0,z0)在同一平面，目标辐射源的位置为(x,y,z)，时差定位的目标辐射源到从设备的距离为Ri(i＝1,2,3)，目标辐射源到主设备的距离为R0，根据目标辐射源与主从设备的位置之间关系可以得出式中，Δti0为目标辐射源到主从设备的到达时间差的测量值，c为光速，其中ni0是服从独立分布，是0均值方差为σ2的高斯白噪声；(4.2)将接收站的位置坐标带入可得如下假设ΔR＝[ΔR10,ΔR20,ΔR30]T，n＝[n10,n20,n30]T式(1)可表示如下因为ΔRi0服从均值为(Ri-R0)，方差为σ2的高斯分布，所以根据式(2)可以推出似然函数为：其中目标函数为：(x,y,z)＝arg{min[(ΔR-Ri+R0)T(ΔR-Ri+R0)]}(i＝1,2,3)(4)因此，可以得出该粒子种群的适应度函数为(4.3)根据得出来的适应度函数f计算每个从核中粒子的适应值fij(i＝1,2...10,j＝1,2...7)，其中i表示为从核中粒子数，j表示为从核数，比较各个从核中的fij得出从核中适应值最好的粒子bi(i＝1,2...7)。所述的步骤(5)具体为：通过消息队列的方式各个从核将各自的最好粒子bi传给主核，主核分配一定的空间用于储存这些粒子bi并比较得出整体粒子群的全局最优解gbest；从主核中备用粒子中分别为每个从核随机选出2个粒子反馈给各个从核替换从核中最差粒子的位置和速度信息，从核中粒子组A1—A7获得新粒子后更新变为新的粒子种群。所述的步骤(6)具体为：(6.1)假设第i个粒子的速度为vi＝[vix,viy,viz](i＝1,2...10)，位置为si＝[six,siy,siz](i＝1,2...10)，各个从核更新新粒子种群的位置和速度信息，根据式(6)进行更新，式中：j＝x,y,z；w为惯性权重；c1，c2为学习因子或加速度常数；r1、r2分别表示0到1之间的随机数；pi,j为该粒子的迄今为止发现的最好位置；pg,j为每个从核中目前为止所有粒子发现的最好位置；si,j(t)，vi,j(t)，si,j(t+1)，vi,j(t+1)分别为第i个粒子在t和t+1时刻的位置和速度；(6.2)根据式(5)求出新的种群中粒子的适应值fij(t+1)(i＝1,2...10,j＝1,2...7)，其中，i表示为从核中粒子数，j表示为从核数；比较每个粒子现在的适应值fij(t+1)与之前历史最好适应值fbij，得出该粒子最新的个体最好适应值替换原有的fbij，并将该粒子的适应值和位置信息放入pbest中，然后比较每个从核中pbest里的所有粒子最新的fbij，找出每个从核中最新的适应值最好的粒子bi(t+1)，t+1为粒子第t+1次更新；(6.3)将bi(t+1)传给主核与主核之前的整体粒子群全局最优解gbest进行比较，更新gbest位置速度信息并将其储存到存储空间中。所述的步骤(8)具体为：(8.1)根据主核得出的目标辐射源的初始位置将式(1)在处进行泰勒级数展开，除去高阶分量，定位方程可表示为e≈h-Gδ(7)式中：其中h为目标辐射源到接收站距离测量值与真实值的差值；式(8)中：为选定的目标初始位置与各接收站之间的距离，采用最小二乘(WLS)法可以求解出位置偏差为：式(9)中，Q为距离差测量值的协方差矩阵；(8.2)依次进行迭代计算，当δ满足预先设定的门限值ε，即|Δx|+|Δy|+|Δz|＜ε，就可得出目标辐射源的位置。本专利技术的有益效果在于：其中利用粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：通过各个接收站的无线通信模块将各个从接收站采集到的TOA数据及各个接收站的位置信息传给主设备及多核DSP；步骤(2)：多核DSP对接收到TOA进行配对计算得到TDOA，根据接收站的位置信息和辐射源的到达时差利用泰勒级数—粒子群协同算法对辐射源的定位，在主核中对4组不同接收站接收到的TOA根据相应的配对规则进行一一配对，得到同一时刻四个不同的接收站接收到的不同的TOA，进行相减得出TDOA；步骤(3)：规划粒子群算法的粒子种群数量，以及多核DSP各个核运算任务的分配，多核DSP在用粒子群算法求解时采用并行执行的方式，及主核core0负责任务的分配、调度工作，从核负责任务的执行；步骤(4)：初始化各个粒子的信息，初始化整体最优粒子的适应值，确定适应度函数，并计算比较各个核中粒子的个体和全局最优解；步骤(5)：将步骤四得出的每个核中的全局最优解传给主核进行比较得出整个粒子群的全局最优解，并用主核中的备用粒子代替从核中的非全局最优的粒子；步骤(6)：从核获得主核代替的粒子组成新的种群，更新新的粒子种群的位置、速度信息，计算粒子的适应值，各个粒子现有的适应值与之前历史最好适应值比较得出最新个体最优值代替原有的历史最优值，比较每个粒子的最新个体最优值，更新从核的全局最优值并传个主核与之前的整体全局最优值进行比较得出最新的整体全局最优值；步骤(7)：判断是否满足终止标准，若满足终止标准，则停止搜索；否则，重复步骤(4)到(6)；步骤(8)：在主核中利用粒子群算法得出的结果作为泰勒级数算法的初值进行定位计算得出最终的定位结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：通过各个接收站的无线通信模块将各个从接收站采集到的TOA数据及各个接收站的位置信息传给主设备及多核DSP；步骤(2)：多核DSP对接收到TOA进行配对计算得到TDOA，根据接收站的位置信息和辐射源的到达时差利用泰勒级数—粒子群协同算法对辐射源的定位，在主核中对4组不同接收站接收到的TOA根据相应的配对规则进行一一配对，得到同一时刻四个不同的接收站接收到的不同的TOA，进行相减得出TDOA；步骤(3)：规划粒子群算法的粒子种群数量，以及多核DSP各个核运算任务的分配，多核DSP在用粒子群算法求解时采用并行执行的方式，及主核core0负责任务的分配、调度工作，从核负责任务的执行；步骤(4)：初始化各个粒子的信息，初始化整体最优粒子的适应值，确定适应度函数，并计算比较各个核中粒子的个体和全局最优解；步骤(5)：将步骤四得出的每个核中的全局最优解传给主核进行比较得出整个粒子群的全局最优解，并用主核中的备用粒子代替从核中的非全局最优的粒子；步骤(6)：从核获得主核代替的粒子组成新的种群，更新新的粒子种群的位置、速度信息，计算粒子的适应值，各个粒子现有的适应值与之前历史最好适应值比较得出最新个体最优值代替原有的历史最优值，比较每个粒子的最新个体最优值，更新从核的全局最优值并传个主核与之前的整体全局最优值进行比较得出最新的整体全局最优值；步骤(7)：判断是否满足终止标准，若满足终止标准，则停止搜索；否则，重复步骤(4)到(6)；步骤(8)：在主核中利用粒子群算法得出的结果作为泰勒级数算法的初值进行定位计算得出最终的定位结果。2.根据权利要求1所述的一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体为：(1.1)主设备及多核DSP向从接收站发出开始工作的消息；(1.2)从接收站接收到多核DSP的广播信息之后，从接收站的采集系统开始采集TOA并将其采集到的TOA放入FIFO中；(1.3)待FIFO满标志后从设备的DSP读取FIFO中的TOA；(1.4)通过无线通信模块将其读取的TOA和自己位置信息传给多核DSP。3.根据权利要求1所述的一种基于多核DSP运算的无源时差定位算法的实现方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体为：(4.1)初始化A0—A7中所有粒子的位置和速度信息，并初始化整体最优粒子的适应值f＝0；3个从接收站坐标为(xi,yi,zi)(i＝1,2,3)和主接收站(x0,y0,z0)在同一平面，目标辐射源的位置为(x,y,z)，时差定位的目标辐射源到从设备的距离为Ri(i＝1,2,3)，目标辐射源到主设备的距离为R0，根据目标辐射源与主从设备的位置之间关系可以得出式中，Δti0为目标辐射源到主从设备的到达时间差的测量值，c为光速，其中ni0是服从独立分布，是0均值方差为σ2的高斯白噪声；(4.2)将接收站的位置坐标带入可得如下假设ΔR＝[ΔR10,ΔR20,ΔR30]T，n＝[n10,n20,n30]T式(1)可表示如下因为ΔRi0服从均值为(Ri-R0)，方差为σ...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋伊琳，屈天开，郜丽鹏，赵忠凯，张昊平，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23