远场时差定位条件下布站方法及系统技术方案

本发明专利技术属于目标无源定位技术领域，特别涉及一种远场时差定位条件下布站方法及系统，首先，依据定位误差分布来构建二维时差定位模型，将模型中变量转化为目标点与定位接收站夹角参数，利用定位接收站中已知副站位置并通过模型求解来获取最优主站位置；然后，针对获取的最优主站位置，利用先验信息的目标点目标速度方向与可布站区域范围来确定定位主站最终位置。本发明专利技术通过固定副站并利用定位误差曲线和目标速度方向来求解最优主站位置进而实现定位接收站布置，在保证目标定位效果的同时，能够节约布站成本，便于实际场景应用。便于实际场景应用。便于实际场景应用。

【技术实现步骤摘要】
远场时差定位条件下布站方法及系统


[0001]本专利技术属于目标无源定位
，特别涉及一种远场时差定位条件下布站方法及系统，能够利用时差定位机制来实现接收站布站。

技术介绍

[0002]无源定位技术因为被应用在雷达、声呐、无线传感网络等各个领域而被深入研究。其中最常见的机制之一是基于多站时差的无源定位系统，它主要是利用目标信号到不同接收站之间的时间差来进行位置估计，具有很高的定位精度。对于无源定位，接收并分析信号的接收站的站址位置，会影响定位误差，专家学者多对布站问题展开研究。接收站位置的选择，既要考虑对目标定位带来的误差影响情况，也要考虑其可移动的成本问题。
[0003]早在定位算法起步阶段，人们就开始研究最优布站方案，比如研究在测角定位、时差定位等多种情况下站址选择对定位误差的影响大小，给出了接收站站点均匀包围定位源的情况定位效果最好的定性结论。在接收站部署没有约束的条件下，角度均匀地分布在定位点周围的情形下，可以获得最好的定位精度。此后，有人把TDOA的定位模型中融入了距离相关的噪声模型，即测量TDOA值的误差会随着距离的增大而变化，此情形下的定位误差模型会变得复杂，但最终得到的布站规则还是一致的。而在布站的优化算法上，有人建立了联合测时差与测向的传感器优化模型，提出用交叉熵进行组合优化以获得最优布站形式的方法。其次将接收站分为固定站和补充站，引入布尔向量表示，并用区域枚举比较法和迭代交换的贪心算法来求布站最优解。此外，现有的优化算法，对于定位误差建立目标函数，而后利用不同的优化算法得到站址位置的数值解来解决布站问题；它们大多是利用优化理论来找到最好的布站规划方法，来提高布站对定位精度的影响，并没有对站址位置与定位误差的深层关系进行分析。而且这些站址选择主要是没有约束的，即使是不规则区域的站址选择，一般也会使接收站点的位置分散在定位点的周围，这就需要目标辐射源的信号是全向发射的广播信号这一类的。且在真实定位场景中，很难使得分布在目标四周的接收站都接收到同样的信号。因此，亟需一种适用于远场条件下三站时差定位的高精度布站方案，以满足目标精确定位需求。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种远场时差定位条件下布站方法及系统，通过固定副站并利用定位误差曲线和目标速度方向来求解最优主站位置进而实现定位接收站布置，在保证目标定位效果的同时，能够节约布站成本，便于实际场景应用。
[0005]按照本专利技术所提供的设计方案，提供一种远场时差定位条件下布站方法，包含如下内容：
[0006]依据定位误差分布来构建二维时差定位模型，将模型中变量转化为目标点与定位接收站夹角参数，利用定位接收站中已知副站位置并通过模型求解来获取最优主站位置；
[0007]针对获取的最优主站位置，利用先验信息的目标点目标速度方向与可布站区域范
围来确定定位主站最终位置。
[0008]作为本专利技术中远场时差定位条件下布站方法，进一步地，模型构建中，利用几何精度稀释来作为定位误差分布来表示目标点到各接收站与到第一个接收站之间的距离差；通过将距离差进行微分形式表示来表示远场环境下目标点的定位误差函数，由定位误差函数来构建二维时差定位模型。
[0009]作为本专利技术中远场时差定位条件下布站方法，进一步，二维时差定位模型表示为其中，σ
x
与σ
y
分别表示测量误差在x轴与y轴上的分量，表示位置估计定位误差协方差矩阵对角线元素之后。
[0010]作为本专利技术中远场时差定位条件下布站方法，进一步，针对二维时差定位模型，针对站址位置函数，将函数中的目标点与接收站的距离变量转化为目标点与定位接收站的夹角参数，使目标定位误差大小与目标点和接收站两者之间的距离差测量误差、相关系数及目标和接收站两者之间的夹角相关。
[0011]作为本专利技术远场时差定位条件下布站方法，进一步地，设定有两个副站，其与目标点的夹角表示为θ2和θ3，待求解主站与目标点的夹角表示为θ1，模型中关于夹角的计算公式表示为：
[0012]其中，σ
r
表示距离差测量误差，k表示相关系数。
[0013]作为本专利技术远场时差定位条件下布站方法，进一步地，模型求解中，根据目标点与副站位置来确定目标点与各副站之间的夹角，利用模型中关于夹角的计算公式来获取主站与目标点的夹角θ1，并通过模型求解，依据位置各分量误差总和最小时的站址位置来获取主站最优位置。
[0014]作为本专利技术远场时差定位条件下布站方法，进一步地，确定定位主站最终位置时，依据主站最优位置中主站与目标点的最优夹角来确定目标点与主站之间的射线，并依据先验信息的目标点目标速度方向夹角β、主站最优位置中主站与目标点的最优夹角θ1与β
‑
θ1的范围、及可布站区域范围边界的两个上下临界点U1和U2来确定主站最终位置。
[0015]作为本专利技术远场时差定位条件下布站方法，进一步地，确定定位主站最终位置时，当θ1小于其他副站与目标点之间的夹角，则依据β
‑
θ1值大小，若β
‑
θ1<180
°
，则主站位置选择在边界值U1，如果β
‑
θ1>180
°
，则主站位置选择在边界值U2；当θ1大于其他副站与目标点之间的夹角，则依据β
‑
θ1值大小，若β
‑
θ1<180
°
，则主站位置选择在边界值U2，如果β
‑
θ1>180
°
，则主站位置选择在边界值U1。
[0016]进一步地，本专利技术还提供一种远场时差定位条件下布站系统，包含：位置寻优模块和最终输出模块，其中，
[0017]位置寻优模块，用于依据定位误差分布来构建二维时差定位模型，将模型中变量转化为目标点与定位接收站夹角参数，利用定位接收站中已知副站位置并通过模型求解来获取最优主站位置；
[0018]最终输出模块，用于针对获取的最优主站位置，利用先验信息的目标点目标速度方向与可布站区域范围来确定定位主站最终位置。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术利用几何精度稀释来描述时差定位的误差，对于远场环境的目标点构造定位误差函数，将函数的变量转化为目标与接收站的角度关系，随后固定接收站系统中的副站，利用函数推导式求解最优主站位置，再引入先验信息的目标速度方向与可布站区域范围，从而确定定位主站的位置，保证目标定位效果的同时，能够节约成本，便于无源定位场景中的应用。
附图说明：
[0021]图1为实施例中远场时差定位条件下布站流程示意；
[0022]图2为实施例中远场定位场景示意图；
[0023]图3为实施例中四种情形下的接收站位置与目标位置关系图；
[0024]图4为实施例中定位误差随主站角度的变化；
[0025]图5为实施例中不同主站位置点的定位误差曲线。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远场时差定位条件下布站方法，其特征在于，包含如下内容：依据定位误差分布来构建二维时差定位模型，将模型中变量转化为目标点与定位接收站夹角参数，利用定位接收站中已知副站位置并通过模型求解来获取最优主站位置；针对获取的最优主站位置，利用先验信息的目标点目标速度方向与可布站区域范围来确定定位主站最终位置。2.根据权利要求1所述的远场时差定位条件下布站方法，其特征在于，模型构建中，利用几何精度稀释来作为定位误差分布来表示目标点到各接收站与到第一个接收站之间的距离差；通过将距离差进行微分形式表示来表示远场环境下目标点的定位误差函数，由定位误差函数来构建二维时差定位模型。3.根据权利要求1或2所述的远场时差定位条件下布站方法，其特征在于，二维时差定位模型表示为其中，σ
x
与σ
y
分别表示测量误差在x轴与y轴上的分量，表示位置估计定位误差协方差矩阵对角线元素之后。4.根据权利要求3所述的远场时差定位条件下布站方法，其特征在于，针对二维时差定位模型，针对站址位置函数，将函数中的目标点与接收站的距离变量转化为目标点与定位接收站的夹角参数，使目标定位误差大小与目标点和接收站两者之间的距离差测量误差、相关系数及目标和接收站两者之间的夹角相关。5.根据权利要求3所述的远场时差定位条件下布站方法，其特征在于，设定有两个副站，其与目标点的夹角表示为θ2和θ3，待求解主站与目标点的夹角表示为θ1，模型中关于夹角的计算公式表示为：其中，σ
r
表示距离差测量误差，k表示相关系数。6.根据权利要求5所述的远场时差定位条件下布站方法，其特征在于，模型求解中，根据目标点与副站位置来确定目标点与各副站之间的夹角，利用模型中关于夹角的计算公式来获取主站与目标点的夹角θ1，并通过模型求解，依据位置各分量误差总和最小时的站址位置来获取主站最优位置。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡德秀，王泽文，黄洁，赵闯，刘成城，谢敏，杨静，杨锦程，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：