專利名稱：一種高度約束下的到達能量比無源定位方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于無線通信領域、涉及輻射源定位技術(shù)，尤其涉及高度約束條件下的基于信號到達能量比的輻射源定位方法。
背景技術(shù)：
輻射源無源定位在雷達、聲納、衛(wèi)星和通信等系統(tǒng)中具有重要的應用價值。輻射源無源定位是根據(jù)傳感器(包括無線電傳感器和聲音傳感器等)接收到的信號估計出某一時刻輻射源的空間位置。根據(jù)信號測量物理量的不同，目前輻射源無源定位主要包括三大類，即到達方向定位、到達時差定位和到達能量比定位。各種定位方法一般都假設輻射源是各向同性的，即認為輻射源發(fā)出的信號在各個方向的傳播情況是相同的。到達方向定位，又稱為測向交會定位，一般適用于基于傳感器陣列的定位。測向交會定位方法中的傳感器陣列由一定的幾何結(jié)構(gòu)排列而成的若干個傳感器組成，每一個傳感器陣列不需要移動就可以獲 得輻射源的方向。通過兩個傳感器陣列就可以獲得兩個方向線的交點確定輻射源的位置。到達時差定位又稱雙曲線定位，這種方法利用多個傳感器接收到的信號到達時間差對輻射源的位置進行估計，實現(xiàn)輻射源定位?？臻g上不同位置處兩個傳感器接收到的信號的時差與輻射源到這兩個傳感器位置的距離差成正比，該距離差確定了以兩個傳感器位置為焦點的雙曲線，輻射源位于雙曲線的一支上。若再有一對傳感器確定另一雙曲線，則兩雙曲線交點即為輻射源的位置。到達時差定位方法對傳感器同步性要求高，到達方向定位方法需要采用復雜的傳感器陣列，在利用簡易的小型化傳感器構(gòu)建無線監(jiān)測定位系統(tǒng)中，到達時差定位方法和到達方向定位方法均不易實現(xiàn)，因此本發(fā)明采用到達能量比進行輻射源無源定位。到達能量比定位方法，是根據(jù)信號能量在介質(zhì)中的衰減規(guī)律而提出的。在通常的均勻介質(zhì)中，輻射源信號的能量衰減與距離的平方成反比。專利CN101339242A和 K.C. Ho(K. C. Ho, Ming Sun, “An accurate algebraic closed-form solution forenergy-based source localization,^IEEE Transaction on Audio,Speech and LanguageProceeding, vol. 15,no. 8,November 2007,pp. 2542-2550)都指出，空間上兩個不同位置處傳感器接收到信號的能量比確定一條圓曲線，輻射源位于該曲線上。若再有一對傳感器確定另一個圓曲線，則兩個圓交點即為輻射源的位置。對于廣泛使用的小型傳感器，具有體積小、成本低、具有一定的處理與存儲能力與傳感器自定位能力等。這些特點使其非常適合在各種場景中快速部署，形成無源監(jiān)測定位系統(tǒng)。在實際應用中，輻射源都是有一定的海拔高度，即使在地面上，也有一定的海拔高度。專利CN101339242A和K. C. Ho提出的到達能量比定位方法都沒有考慮輻射源所處的高度，在實際定位中這樣處理往往會引入額外的誤差，嚴重影響輻射源定位精度。因此，需要考慮輻射源所處海拔高度約束信息。實際應用大量關(guān)注的地面輻射源，它所在的區(qū)域海拔信息往往可以通過地理信息獲得。
因此，構(gòu)建基于達到能量比的無源定位系統(tǒng)時，需要考慮高度約束的影響，有必要發(fā)展一種高度約束下的到達能量比無源定位方法，用于實現(xiàn)輻射源的高精度定位，對于構(gòu)建簡單有效的定位系統(tǒng)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法的不足，針對實際中常常存在的高度約束的定位模型，提供一種高度約束下達到能量比無源定位方法。這種方法能夠充分利用到達能量比和高度約束的信息，以便于進行構(gòu)建無源定位系統(tǒng)時，減小定位誤差，提高定位精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，輻射源的位置確定誤差同時取決于到達能量比和高度約束，其特征在于，輻射源的位置定位誤差與高度約束有關(guān)，應該首先通過覆蓋區(qū)域的地理信息獲得確定輻射源的高度，然后再對接收站的能量比測量數(shù)據(jù)進行處理，最終得到輻射源的位置坐標。采用無源定位系統(tǒng)獲得如下參數(shù)接收站1、2、3 的空間位置坐標(X1, y1； Z1)、(x2, Y2, Z2)和(x3, y3, Z3)；相對于接收站1，接收站2和3的測量的信號到達能量比g21和g31 ；根據(jù)覆蓋區(qū)域地理信息獲得的輻射源高度近值h ；地球半徑Re;根據(jù)上述參數(shù)確定的含有輻射源位置坐標(X，y, z)的測量方位組
權(quán)利要求
1.高度約束下的到達能量比無源定位方法，其特征在于除了利用三個不同位置處接收的輻射源信號的到達能量比信息以外，還利用了根據(jù)地理信息確定的輻射源高度約束信息，通過求解高度約束和到達能量比共同確定的含有目標位置參數(shù)的方程組，獲得輻射源位置。其具體步驟是 步驟a，根據(jù)三個接收站覆蓋區(qū)域的地理信息，確定輻射源高度約束近似值； 步驟b，根據(jù)三個接收站接收的信號，分別確定相對于第一個接收站信號到達能量比測量值； 步驟c，確定由高度約束以及到達能量比決定的測量方程組； 步驟d，求解測量方程組，根據(jù)三個接收站覆蓋區(qū)域，剔除鏡像點，僅保留覆蓋區(qū)域內(nèi)的坐標即為輻射源的位置坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高度約束下的到達能量比無源定位方法，其特征在于所述根據(jù)三個接收站覆蓋區(qū)域的地理信息，確定輻射源高度約束近似值為h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高度約束下的到達能量比無源定位方法，其特征在于所述根據(jù)三個接收站接收的信號，分別確定相對于第一個接收站信號到達能量比測量值為g21和 g31 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高度約束下的到達能量比無源定位方法，其特征在于所述確定由高度約束以及到達能量比決定的測量方程組為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高度約束下的到達能量比無源定位方法，其特征在于所述求解測量方程組，得到的解為 其中
全文摘要
高度約束下的到達能量比無源定位方法屬于無限通信范疇。該方法除了利用三個不同位置處接收的輻射源信號的到達能量比以外，還利用了根據(jù)地理信息確定的輻射源高度約束，通過求解高度約束和到達能量比共同確定的含有目標位置參數(shù)的方程組，獲得輻射源位置。包括根據(jù)三個接收站覆蓋區(qū)域的地理信息，確定輻射源高度約束近似值；分別確定相對于第一個接收站信號到達能量比測量值；確定由高度約束以及到達能量比決定的測量方程組；求解測量方程組，根據(jù)三個接收站覆蓋區(qū)域，剔除鏡像點，僅保留覆蓋區(qū)域內(nèi)的坐標即為輻射源的位置坐標等步驟。本方法可對高度約束條件的輻射源進行高精度的幅度比無源定位，廣泛應用于構(gòu)建簡單有效的無源定位系統(tǒng)。
文檔編號G01S5/00GK102879761SQ20121034206
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者魏合文, 曹景敏, 余健 申請人:中國人民解放軍總參謀部第五十七研究所