專利名稱：一種基于線性關(guān)系的高精確時差定位算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時差定位算法，尤其是基于線性關(guān)系的時差定位算法。
背景技術(shù)：
時差定位屬于雙曲定位范疇，利用輻射源信號傳播到各傳感器的時差對輻射源二維或三維位置進(jìn)行定位。時差定位技術(shù)在機(jī)場進(jìn)近著陸、移動車輛及其它輻射目標(biāo)定位、嵌入聲納或雷達(dá)陣列構(gòu)成定位系統(tǒng)等方面都具有重要應(yīng)用.時差定位的基礎(chǔ)是精確獲得接收輻射源信號的不同傳感器間時差信號，可以通過最大似然估計、聯(lián)合估計及相關(guān)估計等實現(xiàn)。獲得時差信號后，時差定位算法對估計輻射源位置具有關(guān)鍵作用。目前所用時差定位算法主要有泰勒級數(shù)法、分而治之法、球面交叉法、球面插值法，F(xiàn)ang方法和Chan方法。最近有結(jié)合時差和頻差定位的報道，但時差定位本身尚需進(jìn)一步研究.
泰勒級數(shù)法首先對雙曲定位方程同時線性化，用泰勒級數(shù)估計這些線性代數(shù)方程的最小均方誤差解。泰勒級數(shù)法最大的問題是其收斂性沒有保障，所求解是否是輻射源位置與初始估計密切相關(guān)。時差值分組合理時，分而治之法是無偏的。否則該方法產(chǎn)生的均方誤差超過Cramer-Rao下界。球面交叉法利用交叉球面確定輻射源位置，其利用的代數(shù)關(guān)系為輻射源距離的二次式。基于建立在輻射源距離和輻射源深度基礎(chǔ)上的誤差方程組，球面插值法把距離差轉(zhuǎn)化為位置估計.在最大似然意義下，F(xiàn)ang方法是最優(yōu)的。但是這種方法只適合二維定位。通過把三維定位問題分解為多個二維定位問題，F(xiàn)ang方法也可用于三維定位。目前為止，Chan方法是較優(yōu)的一種時差定位算法，實際上是最大似然估計器的一種近似實現(xiàn).所有以上方法都具有一共同缺陷即使時差值足夠，輻射源位置也不能唯一求出。球面交叉法和Fang方法求解一個二次式，一般都產(chǎn)生兩個解。簡單認(rèn)為其中一解在合理范圍，而摒棄另外一解在一些極端情況下都是不適用的。球面插值法運(yùn)行一次得到輻射源距離和輻射源深度信息，但其必須運(yùn)行兩次，所以也會產(chǎn)生兩個解。Chan方法利用的幾何關(guān)系是輻射源位置向量的二次式，仍然會產(chǎn)生兩個解，甚至?xí)a(chǎn)生復(fù)數(shù)解。所以，這些已有方法都必須結(jié)合一定先驗知識，判定各所求解的合理性。


圖I是信號接收傳感器和輻射源之間位置示意圖

發(fā)明內(nèi)容
如圖I所示，r為輻射源位置向量，ri為第i個接收傳感器位置向量，并且定義
j = Y1-Yj, rijS = A-r。用c代表信號傳播速度，rank()代表對輸入矩陣求秩，代表信號從福射源傳播到第i個接收傳感器的消耗時間，且令tu = ti-tj在\和ti+1時間內(nèi)、信號傳播距離分別為IriJ I = Cti, I ri+ljS I = cti+1,(I)
所以我們可以得到
權(quán)利要求
1.一種基于線性關(guān)系的高精確時差定位算法，其特征在于包括以下步驟 (1)對接收輻射信號的傳感器分組，任意三個為一組； (2)任意一組傳感器決定一線性方程，對應(yīng)定位空間一定位平面； (3)綜合考慮各線性方程，在均方誤差最小或其它優(yōu)化意義下，求出輻射源空間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器分組，其特征在于時差定位屬于雙曲定位范疇，任意兩個傳感器之間滿足時差關(guān)系的空間位置點(diǎn)集為雙曲面或雙曲線；而本發(fā)明有別于這種分組，米用任意三個傳感器構(gòu)成一組的方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意一組三個傳感器決定一定位平面，其推導(dǎo)過程如下假設(shè) r為福射源位置向量，h為第i個接收傳感器位置向量,且定義a，J^riTj, ri；^riT, c代表信號傳播速度，\代表信號從輻射源傳播到第i個接收傳感器的消耗時間，且令假設(shè)第i_l、i、i+1傳感器構(gòu)成一組，在\和ti+1時間內(nèi)、信號傳播距離分別為
4.根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則，從⑶式可以求出r = (Ar,\)~l fli,以上根據(jù)最小均方誤差求出的r僅為本發(fā)明的一種基于線性關(guān)系的高精確時差定位算法的較佳實例之一，并非用于限定本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)內(nèi)容范圍，實質(zhì)內(nèi)容已廣泛地定義于權(quán)利要求書中，任何他人所完成的技術(shù)實體和方法，若是與權(quán)利要求書中所定義者完全相同，或同一等效變更(如采用其它等效方法推導(dǎo)出的線性關(guān)系)，均將被視為涵蓋于此專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于時差信號的輻射源位置線性定位方法。線性定位方程組以輻射源位置向量為變量，各接收傳感器的位置向量和時差為系數(shù)或偏移向量。由于噪音、測量誤差影響，線性定位方程組可能有唯一解、無解或無窮解。在定位傳感器足夠時，用最小均方誤差法從線性定位方程組求出輻射源位置。常用的非線性定位方法，包括Chan方法、球面交叉法、球面插值法等，本質(zhì)上都會產(chǎn)生多解，需要各解的合理性進(jìn)行判斷，確定最優(yōu)解。本發(fā)明公開的線性定位方法在定位條件足夠時，本質(zhì)上解唯一，完全避免了非線性方法會產(chǎn)生多解，需要對各解合理性進(jìn)行判定的弊端。
文檔編號G01S5/00GK102628931SQ20111019739
公開日2012年8月8日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者劉怡光, 劉春玲, 曹麗萍 申請人:劉怡光, 劉春玲, 曹麗萍