一种基于时差的分布式自适应直接定位方法

文档序号:8223778阅读:291来源:国知局
一种基于时差的分布式自适应直接定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号处理领域,特别是设及基于时差的无源定位系统中分布式自适应 定位方法。
【背景技术】
[0002] 目前,基于时差的无源定位技术根据是否需要计算时差值而分为两大类;两步定 位方法和直接定位方法。两步定位方法在第一步通过接收信号估计时差值,第二步利用估 计的时差值进行定位解算。直接定位算法则不需要计算时差值,直接利用接收信号,估计目 标的位置。在接收信号信噪比较低的情况下,直接定位方法的定位精度更高。直接定位方 法又可分为批处理方法和自适应方法两类。批处理方法需要对定位区域进行二维或=维的 网格式捜索,计算量很大,且不具有目标跟踪的能力。自适应的方法虽然定位精度比批处理 的方法精度要稍低,但是该方法的计算量要比批处理的方法少很多,并且具备目标跟踪的 能力。
[0003] 但是,目前基于时差的自适应直接定位方法都是集中式的架构,即各接收机都将 其接收的信号传递到定位运算接收机,在该接收机上进行定位运算,即集中式的处理方 式。女日文献《Adaptive direct position determination of emitters based on time differences of arrival》(QiinalSIP,13,2013,S.aiong,W.Xia, and Z. He)就是采取的 该方法。然而,该种集中式处理方式却存在着很大的缺陷。首先,由于所有的运算都集中在 一台定位运算接收机上,所W当定位系统中接收机的个数较多时,定位运算接收机将承受 很大的计算压力,其能量消耗也将很大,且随着定位系统中接收机个数的增加该种问题将 越来越严重。其次,要将所有的信号都传输给定位运算接收机必然会存在多跳传输及传输 路径选择等诸多问题,并且在多跳传输的过程中也必然存在着噪声干扰等情况。另外,靠近 定位运算接收机的各接收机由于承担着很大的转发接收信号给定位接收机的任务,能量消 耗也将变的很大。最后,将所有的定位运算都集中到一个接收机上,对于资源的利用也不是 太合理,并且如果在定位的过程中定位运算接收机出现故障,那么整个的定位系统也就擁 痕了,即系统的稳健性不高。且在集中式方法中,会选取参考接收机的信号作为参考信号, 定位的精度受该参考接收机信号的影响很大,导致其稳定性很差。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于针对现有集中式自适应定位方法存在的缺陷,提供一种基于时 差的分布式自适应直接定位方法。
[0005] 本发明的技术方案;一种基于时差的分布式自适应直接定位方法,包括W下步 骤:
[0006] 步骤1 ;采集数据,各接收机同时接收发射机发射的信号,并对信号进行解调,采 样,得到基带的离散接收信号;
[0007] 步骤2 ;第一次数据交换,各接收机将自身接收的离散基带信号传给邻居接收机, 即直接相连的接收机,同时接收邻居接收机传过来的离散基带信号;
[000引步骤3 ;自适应运算,各接收机根据公式:
[0009]
【主权项】
1. 一种基于时差的分布式自适应直接定位方法,包括以下步骤: 步骤1 :采集数据,各接收机同时接收发射机发射的信号,并对信号进行解调,采样,得 到基带的离散接收信号,具体为: 假设有M个空间分隔的接收机,每个接收机接收的信号Xi (t)表示为: Xi (t) = n iS (t- τ t,i) +qi (t) i = 1,…,M ;0 彡 t 彡 T 其中,1表示信道衰减,s(t)表示发射机的基带发射信号,qi(t)表示零均值加性高斯 白噪声,Tt;i表不发射信号从发射机到接收机之间的传输时延,表不为: τt,i= (I Ip e-pr,il l)/c,i = 1,2,…,M 其中,Pe表示发射机的位置向量,P U表示各接收机的位置向量,常数c表示电磁波信 号的传播速度, 对各接收信号以周期为1;进行采样,并且4
>,即可得到 离散接收信号; 步骤2 :第一次数据交换,各接收机将自身接收的离散基带信号传给邻居接收机,即直 接相连的接收机,同时接收邻居接收机传过来的离散基带信号; 步骤3 :自适应运算,各接收机根据公式:
计算ψ,_[? + 1],i = 1,2,…,M ;其中,表示接收机i第η次迭代的发射机位置估计 值、初始值U)] = ^, i = 1,2,…,Μ,乂[?]表示第i个接收机上的局部代价函数:
表示接收机i邻居接收机的集合,表示除接收机i自身外所有的邻居接收机 的集合、J /,而eijn]称之为误差函数,它是信号 Xi [n]与延时滤波器输出的差,表示 为:
其中,4["]表示增益控制系数, WijEn]表示延时滤波器的权值向量,延时滤波器是长度为2Κ+1的FIR滤波器,表示为:
,式中表示在 第η次迭代时接收机i与接收机j之间的时差值,表示为:
.Jd表示第η次迭代运算得 到的发射机位置估计值, + [η]表示延时滤波器的输入为信号Xj(t)的连续2Κ+1个采样点组成的向量,为: Uj [n] = [Xj [n+K],…,Xj [η],…,Xj [n-K] ] T, 步骤4 :第二次数据交换:各接收机将自身计算得到的Ψ,.[? + 1]传输给自己的邻居接收 机,同时接收邻居接收机传来的结果; 步骤5 :结合,各接收机根据公式:
计算其中,au为结合矩阵A的元素,结合矩阵A满足如下的条件: ItA = It
步骤6:当连续50次的迭代值的差值均小于设定阈值δ时,即认定得到了发 射机的位置估计值,
【专利摘要】本发明提供一种基于时差的分布式自适应直接定位方法,用于克服集中式定位方法存在的缺陷。包括以下步骤:1)采集数据,各接收机同时接收发射机发射的信号,并对信号进行解调,采样,得到基带的离散接收信号;2)第一次数据交换,各接收机将自身接收的离散基带信号与邻居接收机互传;3)自适应运算,各接收机计算4)第二次数据交换:各接收机将自身计算得到的与邻居接收机互传;5)结合,各接收机计算6)连续50次的迭代值的差值均小于设定阈值δ时,即认为得到了发射机的位置估计值。本发明定位方法可扩展性强,定位速度快,工作稳健性强。
【IPC分类】G01S5-10, G06F19-00
【公开号】CN104537257
【申请号】CN201510013222
【发明人】夏威, 刘威, 朱凌峰
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月12日
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