一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，涉及無源定位【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法將傳感器獲得的觀測量通過距離差方程投影到投影空間，在投影空間中積累不同傳感器獲得的目標(biāo)回波的幅度值。通過對投影空間積累值采用門限檢測判斷目標(biāo)的有無及目標(biāo)的位置，實(shí)現(xiàn)對多個目標(biāo)的檢測和定位。本方法解決了量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的難題，計(jì)算復(fù)雜度低、實(shí)時性強(qiáng)。
【專利說明】一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無源定位【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說是涉及一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]分布式多傳感器無源定位利用多個傳感器接收來自目標(biāo)反射的信號進(jìn)行定位。由于傳感器自身不向外福射電磁波，因此具有良好的隱蔽性、抗電磁干擾和電磁隱身、低空探測能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在軍事偵察、監(jiān)視等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有的分布式無源定位方法主要有:測向交叉定位法、到達(dá)時間差定位法、多普勒頻差定位法等。
[0004]到達(dá)時間差定位法具有較強(qiáng)的工程可實(shí)現(xiàn)性和較高的定位精度，因此被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及輻射源定位系統(tǒng)中。
[0005]在單目標(biāo)情況下，到達(dá)時間差定位法的原理如下。
[0006]如圖1所示，設(shè)定三維空間中任意分布S個傳感器，各傳感器的位置分別為= (i = I?2,...,5),目標(biāo)位置為jc,這里[f表示矩陣轉(zhuǎn)置。不失一般性，
假定傳感器I位于坐標(biāo)原點(diǎn)，即H=PMUIf。目標(biāo)到各傳感器的距離為G = Ih-1jII5，目標(biāo)到原點(diǎn)的距離為Q = W2，Il I2表示Euclidean范數(shù)。因此，目標(biāo)到傳感器^-和傳感器I的距離差為:
^=i1-rO=Ilx-41 - H2 =υ(?)
距離差^除以信號傳播速度就是目標(biāo)信號到達(dá)兩個傳感器的時間差，因此，通常將距離差作為觀測量建立觀測方程，稱為距離差方程。
[0007]公式(I)是一個非線性方程組，采用解非線性方程組的方法(例如:最小二乘法、泰勒級數(shù)展開法等)可以解算出單目標(biāo)情況下的目標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)對單個目標(biāo)的定位。
[0008]在多目標(biāo)情況下，采用距離差方程解算目標(biāo)位置時，首先需要確定不同傳感器中獲得的哪些觀測量來源于同一目標(biāo)，即量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。多傳感器多目標(biāo)量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題是S維分配問題，當(dāng)S23時是NP難題，計(jì)算復(fù)雜度隨傳感器個數(shù)的增加呈指數(shù)增長。因此，量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題使得分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位技術(shù)的實(shí)用性受到極大限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法。本發(fā)明的無源定位方法不需要量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，本發(fā)明的無源定位方法首先將探測區(qū)域等間隔量化為投影空間，將傳感器獲得的觀測量通過距離差方程投影到投影空間中，在投影空間中積累不同傳感器獲得的目標(biāo)回波的幅度值。通過對投影空間積累值的門限檢測判決目標(biāo)的有無及目標(biāo)的位置，實(shí)現(xiàn)對多個目標(biāo)的檢測和定位。本發(fā)明的無源定位方法解決了分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位中面臨的量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，具有實(shí)時性強(qiáng)、定位精度聞的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:其步驟如下:
A.準(zhǔn)備傳感器:在特定探測區(qū)域范圍內(nèi)分散布置S個傳感器，傳感器個數(shù)滿足S>4 ;
B.設(shè)定坐標(biāo)系:設(shè)定一個XH笛卡爾直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于第I個傳感器處，傳感器在笛卡爾直角坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)分別為,其中，jI =[0,0,0}；
c.獲取數(shù)據(jù):以第I個傳感器為主站，其它傳感器為輔站，從傳感器f中讀取數(shù)據(jù)，獲得觀測量集合；所述觀測量集合是傳感器接收到的距離差考以及所述距離差
<對應(yīng)的幅度值4的集合；
D.劃分投影空間，令投影值為零:以距離分辨率P為量化間隔劃分探測區(qū)域，得到三維投影空間；所述三維投影空間由若干個量化后的投影單元和代表每個投影單元的投影值組成，可以表示為:
I = ^I[n,m^kj,n =1,.,.,Nim = X.,.,Mzk =I3；
初始化投影空間投影單元值為零:
E.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在:K-Y2笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
F.投影準(zhǔn)備:將E步驟中轉(zhuǎn)換得到的:笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)代入距離差方程中’計(jì)算每個投影單元轉(zhuǎn)換坐標(biāo)卜丨爾^彳到傳感器^-^二^?沒與傳感器丄之間的距離差41.?*In*Wj ；
G.投影:計(jì)算F步驟中得到的距離差嵫與傳感器觀測量集合中距離差#的距離#[?*:’],并將該距離O?*]與距離分辨率P的一半作數(shù)值對比；若該距離小于或等于距離分辨率的一半#/2，則對應(yīng)的投影單元投影值加上該距離差幅度值；若該距離大于距離分辨率的一半，則對應(yīng)的投影單元值不變；
H:提取目標(biāo):將G步驟中得到的投影值與門限值作對比，若投影值小于門限值則判沒有目標(biāo)；若投影值大于或等于門限值則判有目標(biāo)，投影值大于門限值的總個數(shù)即為目標(biāo)的總個數(shù)，投影值大于門限值的投影單元的X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)值，即為目標(biāo)所在的位置。
[0011]所述的距離差是指目標(biāo)到傳感器1、J的距離之差，其中，i=x.^s,j=x...,sj*j ;距離差除以信號傳播速度就是目標(biāo)反射的電磁波到達(dá)兩個傳感器的時間差；所述距離差計(jì)算的方程為:
I* -.?||2 - |*_rj Ij2==X—,s；j=1,...,51,?# j ；
其中，x=\x,y,zf表不目標(biāo)位置，ztf (* =1,2.-.,s)表不傳感器f的位置,[f
表示矩陣轉(zhuǎn)置，I I2表示Euclidean范數(shù)t表示目標(biāo)到傳感器?與傳感器j的距離差；傳感器?位于坐標(biāo)原點(diǎn)，即5=P>，aof，因此，距離差方程重寫為:
I1-1iII3-LrflJ=U
其中，rff表示目標(biāo)到傳感器i與傳感器I的距離差。
[0012]所述觀測量集合具體是指傳感器接收到的距離差及該距離差對應(yīng)的幅度值，第i個傳感器的觀測量集合可以表示為:
^ = {?U= uy =X--,Jr]
其中，?為傳感器序號，i為距離差序號，■^為傳感器?接收到的距離差的總個數(shù)，考為傳感器?接收到的第_/個距離差，4為距離差考對應(yīng)的幅度值。
[0013]所述距離分辨率#是指第三方輻射源能區(qū)分的最小的距離；所述第三方輻射源具體是指民用的電視、廣播、通信、衛(wèi)星以及手機(jī)基站等民用輻射源等。
[0014]所述投影空間具體是指用于傳感器觀測量投影的三維空間，它是將Χ-Υ2笛卡爾直角坐標(biāo)等間隔量化后形成的，可以表示為:
其中，JMB和Jt分別為叉軸、Y軸和ζ軸量化后的值；霣、Jf和Ji分別是叉軸、Y軸和2軸量化單元的總個數(shù)， 分別等于、asil(YY/j!i)和 oeil(ZZ//?)，
[ΧΧ,ΥΥ^Ζ]分別表示傳感器在:K萬向、Y方向和2方向的最遠(yuǎn)探測距離，《i表示向上取整P表示量化間隔；[民_?*:]表示投影空間中一個投影單元的坐標(biāo)，/[?,I?,*:]表示投影單元丨及BXjlA:]的投影值。
[0015]所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換具體是指將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在:K_Yi笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐；
[H:?.，*.] =|>χ/?，?Ηχρ，Ι；χ/)/，-- = l.…，=l.…，=I1 …，尤
所述投影具體是指將投影單元的X-YI笛卡爾直角坐標(biāo)代入距離差方程中，計(jì)算每一個投影單元的直角坐標(biāo)到傳感器與傳感器I之間的距離差tff，將該距離差與觀測量集合…，足_/=；!_，■/,丨中的距離差進(jìn)行比較，找出滿足條件\d-^di\<pl2的距離差名，其中/?為量化間隔。如果存在滿足條件的距離差4，說明對傳感器f而言，該投影單元中存在目標(biāo)，找到距離差名的幅度值4，令該投影單元處的投影值等于原來的投影值加上幅度值為;。
[0016]所述投影值具體是指投影單元處通過投影積累的傳感器觀測量集合中距離差的幅度值。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來的有益的技術(shù)效果表現(xiàn)在:
1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于:針對分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位技術(shù)中復(fù)雜的量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，本發(fā)明提供了一種無需量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位的新方法。本方法將傳感器獲得的觀測量通過距離差方程投影到投影空間，在投影空間中積累不同傳感器獲得的目標(biāo)回波的幅度值。通過對投影空間積累值采用門限檢測判斷目標(biāo)的有無及目標(biāo)的位置，實(shí)現(xiàn)對多個目標(biāo)的檢測和定位。本方法解決了量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的難題，計(jì)算復(fù)雜度低、實(shí)時性強(qiáng)。
[0018]2、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于基于投影策略，將多傳感器觀測量投影到投影空間，在投影空間中檢測定位目標(biāo)，避免了分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位技術(shù)中的量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，具有計(jì)算復(fù)雜度低、實(shí)時性強(qiáng)、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]3、本發(fā)明先設(shè)定一個X-Y之笛卡爾直角坐標(biāo)系，然后將該:K-Y之笛卡爾直角坐標(biāo)系等間隔量化后得到三維投影空間，對X-Y2笛卡爾直角坐標(biāo)系等間隔量化后使得B步驟中X-Yi笛卡爾直角坐標(biāo)系中連續(xù)值，轉(zhuǎn)換成一系列離散的整數(shù)值，方便對目標(biāo)的提取和定位；而本發(fā)明中的量化間隔取值越大，投影單元越大，定位精度越低；量化間隔取值越小，投影單元越小，定位精度越高。因此，量化間隔取值不應(yīng)太大，但量化間隔取值不應(yīng)過小，量化間隔取值過小，會導(dǎo)致投影單元數(shù)過多，計(jì)算量過大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理，因此，量化間隔的取值通常設(shè)定為第三方輻射源所能區(qū)分的最小距離，即第三方輻射源的距離分辨率#。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為定位系統(tǒng)目標(biāo)和傳感器位置關(guān)系示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的流程圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的目標(biāo)定位結(jié)果示意圖。其中，*表示目標(biāo)的真實(shí)位置，O表示目標(biāo)的定位結(jié)果。
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的目標(biāo)定位結(jié)果示意圖。其中，*表示目標(biāo)的真實(shí)位置，O表示目標(biāo)的定位結(jié)果。
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的目標(biāo)定位結(jié)果示意圖。其中，*表示目標(biāo)的真實(shí)位置，O表示目標(biāo)的定位結(jié)果。
[0025]圖6為本發(fā)明實(shí)施例4的目標(biāo)定位結(jié)果示意圖。其中，*表示目標(biāo)的真實(shí)位置，O表示目標(biāo)的定位結(jié)果?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026] 實(shí)施例1
作為本發(fā)明一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLABR2012a上驗(yàn)證正確。具體實(shí)施例步驟如下:
A.準(zhǔn)備傳感器:在特定探測區(qū)域范圍內(nèi)分散布置5個傳感器，傳感器個數(shù)滿足S= Il ；
B.設(shè)定坐標(biāo)系:設(shè)定一個X-Y2笛卡爾直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于第I個傳感器處，
傳感器在;笛卡爾直角坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)分別為, 1=1,2,—,S ,其中，
?| =Pmof ;傳感器 2、3、4 分別位于r2 =[-25AOf km, r5 =\?5ββψ km ^Pr4 =P,43,0f km
處，傳感器5?11隨機(jī)散布于由傳感器2、3和4決定的三角形區(qū)域內(nèi)；傳感器的探測區(qū)域?yàn)閇XX，YY, ZZ] = [50，50，10]km ；
C.獲取數(shù)據(jù):以第I個傳感器為主站，其它傳感器為輔站，從傳感器=Ul中讀取數(shù)據(jù)，獲得觀測量集合；所述觀測量集合是傳感器接收到的距離差考以及所述距離差考對應(yīng)的幅度值^的集合；
D.劃分投影空間，令投影值為零:以距離分辨率P= IG為量化間隔劃分探測區(qū)域，得到三維投影空間；所述三維投影空間由若干個量化后的投影單元和代表每個投影單元的投影值組成，可以表示為:
初始化投影空間投影單元值為零:
E.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在χ_γ-^笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)皿*?^1 ,其中
[B,?.] =p0B,lftm,10if,H = t...,500am =1,...,5000;? = !?.,1000 ；
F.投影準(zhǔn)備:將E步驟中轉(zhuǎn)換得到的χ_γι笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)代入距離差方程中，計(jì)算每個投影單元轉(zhuǎn)換坐標(biāo)到傳感器|，i = %...,11與傳感器I之間的距離差:
= |[b:w.,!:*]-r-||2-|[π?1, I J2 表示 Euclidean 范數(shù)；
G.投影:計(jì)算F步驟中得到的距離差鴣與傳感器觀測量集合中距離差右的距離￥>?1，并將該距離<[?*1與距離分辨率的一半#/2作數(shù)值對比，其中
若O?.】￡5，則在投影單元處進(jìn)行幅度積累= /[?,1?*,*:]+^ ,其中考為距離差考的幅度值；
若?/[--*]>.5 ,則投影單元的投影值不變=/[Ι^Ι*^?Γ];
H:提取目標(biāo):將G步驟中得到的投影值與門限值哼=6作對比，
如果/[?>?*，*] <6 ,判沒有目標(biāo)；
如果判有目標(biāo)，投影值大于門限的總個數(shù)即為目標(biāo)的總個數(shù)，投影值大于門限的投影單元坐標(biāo)對應(yīng)的X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo),即為目標(biāo)所在的位置。
[0027] 實(shí)施例2
作為本發(fā)明一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLABR2012a上驗(yàn)證正確。具體實(shí)施例步驟如下:
A.準(zhǔn)備傳感器:在特定探測區(qū)域范圍內(nèi)分散布置S個傳感器，傳感器個數(shù)滿足S= 21 ；
B.設(shè)定坐標(biāo)系:設(shè)定一個X-Y7笛卡爾直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于第I個傳感器處，
傳感器在笛卡爾直角坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)分別為》i, 1=1,2,...,5 ,其中，
Ii =[0,0,Of ;傳感器 2、3、4 分別位于巧=[-25AOf km, r3 =P5,0,0f km ^Pr4 =PAOf km
處，傳感器5?21隨機(jī)散布于由傳感器2、3和4決定的三角形區(qū)域內(nèi)；傳感器的探測區(qū)域?yàn)閇XX，YY, ZZ] = [50，50，10]km ；
C.獲取數(shù)據(jù):以第I個傳感器為主站，其它傳感器為輔站，從傳感器f，i=Ul中讀取數(shù)據(jù)，獲得觀測量集合；所述觀測量集合是傳感器接收到的距離差4以及所述距離差考對應(yīng)的幅度值^的集合；
D.劃分投影空間，令投影值為零:以距離分辨率P= 1為量化間隔劃分探測區(qū)域，得到三維投影空間；所述三維投影空間由若干個量化后的投影單元和代表每個投影單元的投影值組成，可以表示為:
初始化投影空間投影單元值為零:
/=[/[ H3JWjJtj = Ol.E.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在χ_γ^笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)[?r]，其中
[fc1] =POftj1m11Jtf,B = I,.50(?m = 1,—,500?Ir = J000 ；
F.投影準(zhǔn)備:將E步驟中轉(zhuǎn)換得到的:^-^笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)代入距離差方程中，計(jì)算每個投影單元轉(zhuǎn)換坐標(biāo)到傳感器^ , i = X…Jl與傳感器I之間的距離差《Μ**?.]:


表不Euclidean范數(shù)；
G.投影:計(jì)算F步驟中得到的距離差蟋與傳感器觀測量集合中距離差右的距離O?.]，并將該距離與距離分辨率的一半p/2作數(shù)值對比，其中
= I Jsfi [ n.,爾IJ2 ；
^rf[n\m\k']<5 ,則在投影單元處進(jìn)行幅度積累Jfc] = J[B3吸t] + #,
其中考為距離差tf/的幅度值；
若？/[B?.] >5 ,則投影單元[ΙΙΛ*:]的投影值不變；
H:提取目標(biāo):將G步驟中得到的投影值/[I?M與門限值=6作對比，
如果<6，判沒有目標(biāo)；
如果，判有目標(biāo)，投影值大于門限的總個數(shù)即為目標(biāo)的總個數(shù)，投影值大于門限的投影單元坐標(biāo)對應(yīng)的X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)[η^η--']，即為目標(biāo)所在的位置。
[0028]實(shí)施例3
作為本發(fā)明一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLABR2012a上驗(yàn)證正確。具體實(shí)施例步驟如下:
A.準(zhǔn)備傳感器:在特定探測區(qū)域范圍內(nèi)分散布置S個傳感器，傳感器個數(shù)滿足5= 31 ；
B.設(shè)定坐標(biāo)系:設(shè)定一個X-YS笛卡爾直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于第I個傳感器處，
傳感器在Χ；-Υ:Ζ笛卡爾直角坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)分別, 1 = 1,2,...,5 ,其中，
?| =PMlOf ;傳感器 2、3、4 分別位于r2 =[-25AOf km, r, =PmOf km ^Pr4 =p,43LOf km
處，傳感器5?31隨機(jī)散布于由傳感器2、3和4決定的三角形區(qū)域內(nèi)；傳感器的探測區(qū)域?yàn)閇XX，YY, ZZ] = [50，50，10]km ；
C.獲取數(shù)據(jù):以第I個傳感器為主站，其它傳感器為輔站，從傳感器=Ul中讀取數(shù)據(jù)，獲得觀測量集合；所述觀測量集合是傳感器接收到的距離差考以及所述距離差右對應(yīng)的幅度值七的集合；
D.劃分投影空間，令投影值為零:以距離分辨率P= 1為量化間隔劃分探測區(qū)域，得到三維投影空間；所述三維投影空間由若干個量化后的投影單元和代表每個投影單元的投影值組成，可以表示為:
J 二卜二=UoooJ.初始化投影空間投影單元值為零: I ={/【= θ| ;
E.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在X^Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)IaKlI ,其中
[B?.]-POn11m,1fcf,n = 1-..,500?B* =UOOO^t = UOOO ；
F.投影準(zhǔn)備:將E步驟中轉(zhuǎn)換得到的:κ_γι笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)代入距離差方程中，計(jì)算每個投影單元轉(zhuǎn)換坐標(biāo)到傳感器i , i = %…Jl與傳感器I之間的距離差:
=||n:爾?|2，I I2 表示 Euclidean 范數(shù)；
G.投影:計(jì)算F步驟中得到的距離與傳感器觀測量集合中距離idf的距離￥[?*1,并將該距離!/[?Μ與距離分辨率的一半#/2作數(shù)值對比，其中i/Jh,,?*.,!:.] = IIefi[η,，!《?—；
^rf[n\m\k']<5 ,則在投影單元處進(jìn)行幅度積累/[ι^ιιι?*:] =.?[ι^?^*:]+本.,其中考為距離差考的幅度值；
若r/[?r]>5 ,則投影單元[ι^ι?α]的投影值不變；
H:提取目標(biāo):將G步驟中得到的投影值與門限值n =6作對比，
如果<6 ,判沒有目標(biāo)；
如果，判有目標(biāo)，投影值大于門限的總個數(shù)即為目標(biāo)的總個數(shù)，投影值大于門限的投影單元坐標(biāo)對應(yīng)的X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo),即為目標(biāo)所在的位置。
[0029]實(shí)施例4
作為本發(fā)明一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLABR2012a上驗(yàn)證正確。具體實(shí)施例步驟如下:
A.準(zhǔn)備傳感器:在特定探測區(qū)域范圍內(nèi)分散布置S個傳感器，傳感器個數(shù)滿足;S= 21 ；
B.設(shè)定坐標(biāo)系:設(shè)定一個X-Y之笛卡爾直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于第I個傳感器處，傳感器在;χ_γ_Ζ笛卡爾直角坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)分別為》, i=l,2,...,S，其中，
*i =[0,0,Of ;傳感器 2、3、4 分別位于6 =1-5ββψ km, r, =PAOf km ^Pr4 =PJXOf km
處，傳感器5?21隨機(jī)散布于由傳感器2、3和4決定的三角形區(qū)域內(nèi)；傳感器的探測區(qū)域?yàn)閇XX，YY, ZZ] = [20，20，10]km ； C.獲取數(shù)據(jù):以第I個傳感器為主站，其它傳感器為輔站，從傳感器......11中讀取數(shù)據(jù)，獲得觀測量集合；所述觀測量集合是傳感器接收到的距離差 < 以及所述距離差劣對應(yīng)的幅度值￥的集合；
D.劃分投影空間，令投影值為零:以距離分辨率P= IG為量化間隔劃分探測區(qū)域，得到三維投影空間；所述三維投影空間由若干個量化后的投影單元和代表每個投影單元的投影值組成，可以表示為:
初始化投影空間投影單元值為零:
E.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在X_YJ笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo),其中
F.投影準(zhǔn)備:將E步驟中轉(zhuǎn)換得到的Χ_γ2笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)代入距離差方程中，計(jì)算每個投影單元轉(zhuǎn)換坐標(biāo)到傳感器? , 1 = 2,.,.,11與傳感器I之間的距離差4卜》']:
二IJb',Ie^fcrJ — --|2 — IJji',B*',Ir1Jl2，|| j|a 表不 Euclidean 范數(shù)；
G.投影:計(jì)算F步驟中得到的距離與傳感器觀測量集合中距離idf的距離#[?岣，并將該距離與距離分辨率的一半p/2作數(shù)值對比，其中
= I I1Wi1Jfcp] —dj Il2 ；
若?/[?4:.]?5 ,則在投影單元處進(jìn)行幅度積累=
其中考為距離差考的幅度值；
若r/ [B?.] >5，則投影單元[1?!?*]的投影值不變/[B1 Bi1*:] =l[n,m,k]；
H:提取目標(biāo):將G步驟中得到的投影值Jhmjt；!與門限值|| =6作對比，
如果判沒有目標(biāo)；
如果斗，判有目標(biāo)，投影值大于門限的總個數(shù)即為目標(biāo)的總個數(shù)，投影值大于門限的投影單元坐標(biāo)對應(yīng)的χ-γ-ζ笛卡爾直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo),即為目標(biāo)所在的位置。
【權(quán)利要求】
1.一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:其步驟如下: A.準(zhǔn)備傳感器:在特定探測區(qū)域范圍內(nèi)分散布置S個傳感器，傳感器個數(shù)滿足S:?4 ; B.設(shè)定坐標(biāo)系:設(shè)定一個X-Y之笛卡爾直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于第I個傳感器處，傳感器在x-Yi笛卡爾直角坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)分別為,，其中，n =IMof ； c.獲取數(shù)據(jù):以第I個傳感器為主站，其它傳感器為輔站，從傳感器i,i=1?-J中讀取數(shù)據(jù)，獲得觀測量集合；所述觀測量集合是傳感器接收到的距離差考以及所述距離差--/對應(yīng)的幅度值4的集合； D.劃分投影空間，令投影值為零:以距離分辨率P為量化間隔劃分探測區(qū)域，得到三維投影空間；所述三維投影空間由若干個量化后的投影單元和代表每個投影單元的投影值組成，可以表示為: / = {/[n,in,Srj1BN,Wt = X^Mik； 初始化投影空間投影單元值為零:
I = {/[jtm;it] = 0| ； E.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在X-Y之笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐； F.投影準(zhǔn)備:將E步驟中轉(zhuǎn)換得到的X-Y之笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)代入距離差方程中，計(jì)算每個投影單元轉(zhuǎn)換坐標(biāo)到傳感器i，i=2，...，S與傳感器I之間的距離差； G.投影:計(jì)算F步驟中得到的距離差與傳感器觀測量集合中距離差考的距離OkM ,并將該距離與距離分辨率#的一半作數(shù)值對比；若該距離小于或等于距離分辨率的一半#/2，則對應(yīng)的投影單元投影值加上該距離差幅度值；若該距離大于距離分辨率的一半，則對應(yīng)的投影單元值不變； H:提取目標(biāo):將G步驟中得到的投影值與門限值7作對比，若投影值小于門限值則判沒有目標(biāo)；若投影值大于或等于門限值則判有目標(biāo)，投影值大于門限值的總個數(shù)即為目標(biāo)的總個數(shù)，投影值大于門限值的投影單元的X-Y-2笛卡爾直角坐標(biāo)值，即為目標(biāo)所在的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:所述的距離差是指目標(biāo)到傳感器U的距離之差，其中，i=nj=m*j ;距離差除以信號傳播速度就是目標(biāo)反射的電磁波到達(dá)兩個傳感器的時間差；所述距離差計(jì)算的方程為: Il夏-^ii2 -丨丨置-=tiIjJ=%Szj=u，i* j.其中，x=lx,y,zf表示目標(biāo)位置，4(* =1,2,--,5)表示傳感器?的位置，[f表示矩陣轉(zhuǎn)置，I I2表示Euclidean范數(shù)，表示目標(biāo)到傳感器?與傳感器j的距離差；傳感器I位于坐標(biāo)原點(diǎn)，BP^ =[0,0,Of ,閃此，距離差方程重寫為:lx_r』2 -1WL=υ 其中，4表示目標(biāo)到傳感器i與傳感器I的距離差。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:所述觀測量集合具體是指傳感器接收到的距離差及該距離差對應(yīng)的幅度值，第?個傳感器的觀測量集合可以表示為:=? = Sb …’ S,J =1,.-., JiJ其中，?為傳感器序號，J-為距離差序號，4為傳感器?接收到的距離差的總個數(shù)#力傳感器1-接收到的第j個距離差，4為距離差存對應(yīng)的幅度值。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:所述距離分辨率#是指第三方輻射源能區(qū)分的最小的距離；所述第三方輻射源具體是指民用的電視、廣播、通信、衛(wèi)星以及手機(jī)基站等民用輻射源等。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:所述投影空間具體是指用于傳感器觀測量投影的三維空間，它是將.X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)等間隔量化后形成的，可以表示為:其中，和分別為X軸、Y軸和Z軸量化后的值；霣、Af和JT分別是:K軸、Y軸和;Z軸量化單元的總個數(shù)，分別等于^(xxZp)、?ii(YY/?和cml(ZZ/p),(XXaYYJZZ)分別表不傳感器在夏方向、Y萬向和z Tj向的最遠(yuǎn)探測距離，ceS表不向上取整，#表示量化間隔表示投影空間中一個投影單元的坐標(biāo)，/[?,?,*]表示投影單元[民噸*:]的投影值。
6.如權(quán)利要求1或5所述的一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換具體是指將步驟D得到的三維投影空間中每一個投影單元[n^k\坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在X-Y之笛卡爾直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo);
I 萬 ?.j, t j —[萬 X 爐，ArX ^ 萬—I，- -—.1，》，.JSzfr，it — 3，■，n j 。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:所述投影具體是指將投影單元的X-Yi笛卡爾直角坐標(biāo)代入距離差方程中，計(jì)算每一個投影單元的直角坐標(biāo)到傳感器= …與傳感器I之間的距離差^，將該距離差與觀測量集合乓=.{?^才>=x…，足中的距離差進(jìn)行比較，找出滿足條件|4-的距離差礴，其中P為量化間隔。
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于投影策略的分布式多傳感器多目標(biāo)無源定位方法，其特征在于:所述投影值具體是指投影單元處通過投影積累的傳感器觀測量集合中距離差的幅度值。
【文檔編號】G01S5/00GK104198987SQ201410454491
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】樊玲, 周昌海 申請人:樂山師范學(xué)院