一種基于完好性檢測的tdoa無源定位方法
【技術領域】
[0001] 發(fā)明涉及到一種無源定位方法，特別是一種基于完好性檢測技術的TDOA無源定 位方法。
【背景技術】
[0002] 技術TDOA定位具有定位精度高，系統(tǒng)易拓展等特點，被廣泛應用于無源定位服務 或無源信號偵查應用中。其工作原理是：是通過測量多個無線電信號到達不同監(jiān)測傳感器 的信號傳輸時間差，構建距離差的幾何交會來實現(xiàn)對發(fā)射信號的信號源進行定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術領域描述本發(fā)明目的在于提供一種完好性檢測的TDOA無源定位方法，實現(xiàn) 了一定置信度條件下的高精度的TDOA定位結果計算。一種基于完好性檢測技術的TDOA無 源定位方法的具體步驟：第一步：搭建TDOA無源定位系統(tǒng)，搭建TDOA無源定位系統(tǒng)，包括 ： 相關檢測TDOA計算模塊；Levenberg-Marqardt正則化定位計算模塊；最小二乘殘差的完好 性檢測模塊；基于最大似然的故障識別檢測模塊?；谙嚓P檢測TDOA計算模塊的功能是完 成距離差距離測量計算；Levenberg-Marqardt正則化定位計算模塊的功能是完成TDOA非 線性方程組的快速迭代收斂，得到方程組的解；基于最小二乘殘差的完好性檢測模塊的功 能是對TDOA的定位結果進行完好性檢測，即定位結果在一定的置信度范圍內(nèi)滿足定位精 度要求；基于最大似然的故障識別檢測模塊是在完好性檢測的基礎上，基于最大似然原理 識別剔除存在故障的傳感器輸出的TDOA結果。定位結果濾波計算模塊是對TDOA系統(tǒng)一段 時間內(nèi)的連續(xù)輸出的定位結果進行濾波處理，降低定位結果的隨機誤差，提高定位精度。第 -步：基于相關檢測 iTDOA計算|旲塊完成TDOA距尚差的計算，基于相關檢測TDOA計算I旲塊 將兩個傳感器A/D采樣記錄的同一信號的離散信號數(shù)據(jù)進行相關處理，選擇最大相關值對 應時間差作為TDOA時間差，據(jù)此得到距離差.第三步：Levenberg-Marqardt正則化定位 計算模塊完成TDOA定位結果的初步計Levenberg-Marqardt正則化定位計算模塊根據(jù)TDOA 的幾何關系建立定位方程組，該方程組為多個雙曲面方程組成的非線性方程組.由于方 程組包含信號源3維位置坐標，即3個未知數(shù)，因此距離差的數(shù)據(jù)量N > 3。方程組對應的 向量形式為：R = F (X)+E (1)其中：R為NXl距離差向量；E為NXl距離差的噪聲向量 如果各個監(jiān)測傳感器位置分布合理，則（1)對應的問題可以利用非線性最小二乘解算， 但是傳感器位置分布不太合理，則問題就變成一個非線性的病態(tài)方程，方程難以快速收斂， Levenberg-Marqardt正則化方法選擇正則化因子，構建正則化方程，確保非線性方程組的 快速收斂到正確結果。其計算過程如下： 1)采取迭代算法，需要計算之前給出信號源的初始位置，這樣便于程序快速收斂。 如果第1次TDOA定位，可以用傳感器位置坐標的平均值作為信號源的初始位置，如果 不是第1次定位，可以將上一時刻的定位結果作為本次定位解算的初值。初始點選為 ，確定終止控制常數(shù)ε，計算
【主權項】
1.一種基于完好性檢測的TDOA無源定位方法，其特征在于該方法的具體步驟為： 第一步：搭建TD0A無源定位系統(tǒng) 搭建TD0A無源定位系統(tǒng)，包括：相關檢測TD0A計算模塊；Levenberg-Marqar化正則化 定位計算模塊；最小二乘殘差的完好性檢測模塊；基于最大似然的故障識別檢測模塊；基 于相關檢測TD0A計算模塊的功能是完成距離差距離測量計算； Levenberg-Marqar化正則化定位計算模塊的功能是完成TD0A非線性方程組的快速迭 代收斂，得到方程組的解； 基于最小二乘殘差的完好性檢模塊的功能是對TD0A的定位結果進行完好性檢測，即 定位結果在一定的置信度范圍內(nèi)滿足定位精度要求； 基于最大似然的故障識別檢測模塊是在完好性檢測的基礎上，基于最大似然原理識別 剔除存在故障的傳感器輸出的TD0A結果；第二步；基于相關檢測TD0A計算模塊完成TD0A 距離差的計算 基于相關檢測TD0A計算模塊將兩個傳感器A/D采樣記錄的同一信號的離散信號數(shù)據(jù) 進行相關處理，選擇最大相關值對應時間差作為TD0A時間差，據(jù)此得到距離差. 第H步；Levenberg-Marqar化正則化定位計算模塊完成TD0A定位結果的初步計算Levenberg-Marqar化正則化定位計算模塊根據(jù)TD0A的幾何關系建 立定位方程組，該方程組為多個雙曲面方程組成的非線性方程組.由于 方程組包含信號源3維位置坐標，即3個未知數(shù)，因此距離差的數(shù)據(jù)量 扣>3 ;方程組對應的向量形式為： R=F{X)+E(1) 其中；J為Wxl距離差向量； 里為Wxl距離差的噪聲向量 如果各個監(jiān)測傳感器位置分布合理，則（1)對應的問題可W利用非線性最小二乘解算， 但是傳感器位置分布不太合理，則問題就變成一個非線性的病態(tài)方程，方程難W快速收斂， Levenberg-Marqar化正則化方法選擇正則化因子，構建正則化方程，確保非線性方程組的 快速收斂到正確結果；其計算過程如下： 1) 采取迭代算法，需要計算之前給出信號源的初始位置，該樣便于程序快速收斂，如果 第1次TD0A定位，可W用傳感器位置坐標的平均值作為信號源的初始位置，如果不是第1 次定位，可W將上一時刻的定位結果作為本次定位解算的初值，初始點選為義《，確定終止 控制常數(shù)C，計算曲a=|l?-護C義勺II，令!::=0，為>=lCr^ ; 2) 計算義=義*，巧巧對應的雅可比矩陣0 =巧義），構造增量正則化方程 (護谷+叫&1=姑》* ;簡寫為；胤*二施1 3) 通過求解增量正規(guī)方程，得到At，即 公二N^Gm、 (2) 4) 若II*-巧JT* +這*)|<值*令義義*奪在*，若|公|<￡，停止迭代，輸出結果； 否則，令lW=義*/W，置|：:=左音1，轉(zhuǎn)到第2)步； 5)I*-巧義* + &叫|>0*，則令義W二10義t，重新解正規(guī)方程得到心，返回4) 第四步：基于最小二乘殘差的完好性檢測模塊完成定位結果的完好性檢測 距離差殘差向量0包含了距離差測量誤差的信息，可W用作判斷有監(jiān)測傳感器存在 故障的依據(jù)，因此根據(jù)殘差向量?建立統(tǒng)計檢測量，統(tǒng)計檢測量Tx滿足自由度為B-3的/分布，每次定位解算之后將它與統(tǒng)計檢測量口限值Tu進行比較，口限1*"根據(jù)給 定的虛梅概率計算得到，虛警概率選取0. 01 ;若，則說明傳感器距離差測量結果可 信，非線性方程得到的定位結果在給定的概率條件下可信；若，就說明TD0A距離差 誤差超過了正常水平，從而認為有傳感器距離差測量結果不可信，需要近一步故障識別；第 五步；基于最大似然的故障監(jiān)測模塊完成故障傳感器的檢測和識別 基于最大似然的故障監(jiān)測模塊在完好性檢測基礎上，剔除故障傳感器給出的測量結 果.根據(jù)? =S￡，可W計算 巧=.巧:成 I= 1，2，---,H (3) 其中： S=I-H(hT百何T 巧表示0的第I-個元素，表示矩陣S的第f個對角元，如果第f個傳感器對應的最 大，那么根據(jù)似然估計理論，認為第i個出現(xiàn)故障的概率最大，由此就可判斷出故障傳感器。
2.在實際應用中，首先獲取所有距離差殘差的基礎上計算，在檢測出匹配定位結果 故障之后，從中剔除故障概率最大的傳感器；再用剩下的傳感器距離差測量結果進行故障 檢測及剔除；反復迭代直到滿足條件為止。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于完好性檢測的TDOA無源定位方法，本方法的具體步驟包括：相關檢測TDOA計算模塊；Levenberg-Marqardt正則化定位計算模塊；最小二乘殘差的完好性檢測模塊；基于最大似然的故障識別檢測模塊等四個功能模塊。通過相關檢測TDOA計算模塊得到距離差的測量結果，建立非線性方程組，采取了正則化方法，確保了非線性方程組的快速收斂；同時通過完好性檢測，能夠?qū)DOA定位系統(tǒng)各個傳感器進行故障檢測和識別，保障系統(tǒng)定位精度的可靠性，尤其適用無源定位的實際工程應用。
【IPC分類】G01S5-06
【公開號】CN104793179
【申請?zhí)枴緾N201410743452
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】上海浩屹無線技術有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年12月9日