综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法和装置与流程

本发明涉及无线电信号处理领域，特别涉及一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法和装置。

背景技术：

探测技术是通过外部的辐射源进行探测和定位，从而确定辐射源所在位置的技术。随着电子通信技术的不断发展，探测技术在航海、航空、侦查和救援等领域得到了广泛应用。

在探测多个辐射源位置的过程中，多个观测站均可以采集到多个辐射源发出的信号，需要先将每个辐射源对应的数据进行配对和融合，得到与每个辐射源对应的数据，再对每个辐射源对应的数据进行提取，得到辐射源的信号方向、到达时差和频差等数据，再结合预先设置的定位方程组，根据提取得到的多个数据进行求解，最后计算得到多个辐射源的位置。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现在探测多个辐射源位置的过程中至少存在以下问题：当需要探测的多个辐射源为不可区分的辐射源时，也即无法区分每个辐射源所发出的信号，则不能对每个辐射源对应的数据进行配对和融合，这样将导致无法提取得到每个辐射源的信号方向、到达时差和频差等数据，进而导致无法对辐射源进行定位。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法和装置，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法，所述方法包括：

对至少一个观测数据进行提取，得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息；所述至少一个观测数据为根据至少一个辐射源得到；

根据所述至少一个到达角信息和所述至少一个到达时差信息，建立代价函数；

根据所述代价函数，确定每个预置坐标点对应的函数值；所述预置坐标点为依据预置区域划分得到；

将函数值满足预设条件的预置坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息，所述目标位置信息用于指示至少一个辐射源的位置。

可选的，所述根据所述至少一个到达角信息和所述至少一个到达时差信息，建立代价函数，包括：

根据所述至少一个到达角信息，建立第一增量函数；

根据所述至少一个到达时差信息，建立第二增量函数；

根据所述第一增量函数和所述第二增量函数，建立所述代价函数。

可选的，所述将函数值满足预设条件的预置坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息，包括：

对于每个预置坐标点，判断所述预置坐标点对应的函数值是否大于相邻坐标点对应的函数值；

当所述预置坐标点对应的函数值大于相邻坐标点对应的函数值时，确定所述预置坐标点为峰值坐标点；

将至少一个峰值坐标点的坐标信息作为所述目标位置信息。

可选的，所述将至少一个峰值坐标点的坐标信息作为所述目标位置信息，包括：

将所述峰值坐标点对应的函数值按照从大到小顺序进行排序；

按照所述峰值坐标点对应的函数值的大小顺序，选取预设数目的峰值坐标点的坐标信息作为所述目标位置信息。

可选的，所述预置区域为矩形；

所述方法还包括：

在所述预置区域内设置第一预设数目的横向分割线和第二预设数目的纵向分割线，所述第一预设数目的横向分割线和所述第二预设数目的纵向分割线均为等间距排布；

将所述横向分割线和所述纵向分割线相交的至少一个交点作为所述至少一个预置坐标点。

另一方面，提供了一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位装置，所述装置包括：

提取模块，用于对至少一个观测数据进行提取，得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息；所述至少一个观测数据为根据至少一个辐射源得到；

函数建立模块，用于根据所述至少一个到达角信息和所述至少一个到达时差信息，建立代价函数；

参数确定模块，用于根据所述代价函数，确定每个预置坐标点对应的函数值；所述预置坐标点为依据预置区域划分得到；

信息确定模块，用于将函数值满足预设条件的预置坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息，所述目标位置信息用于指示至少一个辐射源的位置。

可选的，所述函数建立模块包括：

第一建立子模块，用于根据所述至少一个到达角信息，建立第一增量函数；

第二建立子模块，用于根据所述至少一个到达时差信息，建立第二增量函数；

第三建立子模块，用于根据所述第一增量函数和所述第二增量函数，建立所述代价函数。

可选的，所述信息确定模块包括：

判断子模块，用于对于每个预置坐标点，判断所述预置坐标点对应的函数值是否大于相邻坐标点对应的函数值；

第一确定子模块，用于当所述预置坐标点对应的函数值大于相邻坐标点对应的函数值时，确定所述预置坐标点为峰值坐标点；

第二确定子模块，用于将至少一个峰值坐标点的坐标信息作为所述目标位置信息。

可选的，所述第二确定子模块包括：

排序单元，用于将所述峰值坐标点对应的函数值按照从大到小顺序进行排序；

选取单元，用于按照所述峰值坐标点对应的函数值的大小顺序，选取预设数目的峰值坐标点的坐标信息作为所述目标位置信息。

可选的，所述预置区域为矩形；

所述装置还包括：

分割线设置模块，用于在所述预置区域内设置第一预设数目的横向分割线和第二预设数目的纵向分割线，所述第一预设数目的横向分割线和所述第二预设数目的纵向分割线均为等间距排布；

坐标点确定模块，用于将所述横向分割线和所述纵向分割线相交的至少一个交点作为所述至少一个预置坐标点。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法和装置，通过对至少一个观测数据进行提取，并根据提取得到的到达角信息和到达时差信息建立代价函数，结合预置区域中的预置坐标点，计算得到每个坐标点所对应的函数值，从而能够根据每个坐标点对应的函数值确定辐射源的位置，无需对每个辐射源所发出的信号进行配对和融合，即可根据满足预设条件的函数值对应的坐标确定辐射源的位置，解决了在辐射源不可区分的情况下无法对辐射源进行定位的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法实施例的步骤流程图；

图3是本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法实施例的步骤流程图；

图4是本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参照图1，示出了本发明实施例的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位系统的示意图，如图1所示，该系统可以包括：主观测站100和至少两个副观测站200，该主观测站100与至少两个副观测站200通过链路连接。

其中，主观测站100与至少两个副观测站200既可以是固定的，也可以是机动的，可以根据实际应用环境进行设置。而且，主观测站100与至少两个副观测站200之间的连线可以在空间中形成一个几何图形，该几何图形可以为规则图形，也可以为不规则图形，本发明实施例对此不做限定。

该系统可以通过主观测站100和至少两个副观测站200，对形成的几何图形中的空间电磁环境进行监测分析，从而可以探测到发出信号的辐射源，最后由主观测站100和至少两个副观测站200协同观测确定辐射源位置。

例如，该定位系统可以包含l个观测站，其中包括1个主观测站和l-1个副观测站，分别位于xs(l)＝(xl,yl)处，其中，(xl,yl)为第l个观测站的坐标，l＝0,1,…,l-1。每个观测站均可以装有m个阵元的线型阵列天线，用于接收辐射源所发出的信号。对于每个观测站，可以选定一个参考阵元，设第l个观测站的第m个阵元布置在xl,m处，其中m＝0,1,…,m-1，则该第l个观测站的阵元位置矢量序列可以为xl,0,xl,1,…,xl,m-1。

通过该定位系统，可以对主观测站100与至少两个副观测站200形成的几何图形内的p个辐射源进行定位，辐射源的位置为xp＝[xp,yp]^t，其中[xp,yp]^t为第p个辐射源的坐标，p＝1,2,…,p。相应的，第l个观测站各个阵元接收到的p个辐射源所发出的信号可表示为：

其中，yl(t)是接收到的p个辐射源所发出的信号，bl,p是第p个辐射源信号到第l个观测站的传输路径损耗，al(xp)为第l个观测站接收第p个辐射源目标信号的天线阵列响应，sp(t-τl(xp)为第p个辐射源目标信号经过时延τl(xp)传输到第l个观测站时的信号，vl(t)为第l个观测站接收信号的加性噪声。

而且，在确定辐射源位置的过程中，可以对至少一个观测数据进行提取，得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息，再根据至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息，建立代价函数，并根据该代价函数，确定每个预置坐标点对应的函数值，最后将函数值满足预设条件的预置坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息，该目标位置信息用于指示至少一个辐射源的位置。其中，该预置坐标点为依据预置区域划分得到，该预置区域可以为主观测站100与至少两个副观测站200在空间中形成的几何图形所对应的区域。

参照图2，示出了本发明的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法实施例的步骤流程图，具体可以包括：

步骤201、对至少一个观测数据进行提取，得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息。

其中，该至少一个观测数据是根据至少一个辐射源得到的。

在定位系统中，主观测站和至少两个副观测站可以对至少一个辐射源所发出的信号进行采集，得到至少一个观测数据，再利用测向算法对该至少一个观测数据进行提取，计算得到至少一个辐射源的到达角信息和至少一个到达时差信息。

例如，在k个时间片内，可以获得k个观测数据，根据该k个观测数据，可以提取得到n1个到达角信息和n2个到达时差信息。其中，第k个到达角信息可以表示为z(k)＝h(k)+v(k)，k＝0，1，…，k-1，而总的到达角信息可以表示为：z＝[z^t(0)z^t(i)…z^t(k-1)]^t；第k个到达时差信息可以表示为：u(k)＝h(k)+v(k)，k＝0，1，…，k-1，而总的到达时差信息可以表示为：u＝[u^t(0)u^t(1)…u^t(k-1)]^t。

其中，

步骤202、根据至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息，建立代价函数。

其中，该代价函数可以为获取最优解的目的函数，用于确定辐射源的位置信息。

在提取得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息以后，则可以根据提取得到的信息建立代价函数，以便在后续步骤中可以根据该代价函数计算得到最优解，从而确定辐射源的位置。

步骤203、根据代价函数，确定每个预置坐标点对应的函数值。

其中，该预置坐标点可以为依据预置区域划分得到，该预置区域可以为定位系统中多个观测站所形成的几何图形所对应的区域。例如，该预置区域可以为矩形，也可以为其他几何图形，本发明实施例对此不做限定。

在得到代价函数后，可以结合预置区域中多个预置坐标点中每个预置坐标点所对应的坐标进行计算，从而可以得到每个预置坐标点所对应的函数值，以便在后续步骤中，可以在多个函数值中得到满足预设条件的函数值，从而确定辐射源的位置。

步骤204、将函数值满足预设条件的预置坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息。

其中，该目标位置信息用于指示至少一个辐射源的位置。其中，当目标位置信息中包括多个辐射源的位置信息时，某个辐射源的位置与另外一个辐射源的位置可以相同也可以不同，本发明实施例对此不做限定。

计算得到每个预置坐标点所对应的函数值后，可以遍历每个函数值，判断每个函数值是否满足预设条件，如果满足预设条件，则可以将该函数值对应的坐标信息作为目标位置信息，用于指示辐射源的位置。

例如，可以判断每个预置坐标点对应的函数值是否大于某一数值，如果大于某一数值则可以确定该预置坐标点对应的函数值满足预设条件，可以将该预置坐标点的坐标信息作为目标位置信息。

进一步地，当多个函数值满足预设条件时，可以将每个函数值所对应的坐标信息作为目标位置信息，也可以选取预设数目的函数值所对应的坐标信息作为目标位置信息，本发明实施例对此不做限定。

综上，本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法，通过对至少一个观测数据进行提取，并根据提取得到的到达角信息和到达时差信息建立代价函数，结合预置区域中的预置坐标点，计算得到每个坐标点所对应的函数值，从而能够根据每个坐标点对应的函数值确定辐射源的位置，无需对每个辐射源所发出的信号进行配对和融合，即可根据满足预设条件的函数值对应的坐标确定辐射源的位置，解决了在辐射源不可区分的情况下无法对辐射源进行定位的问题。

参照图3，示出了本发明实施例的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法实施例的步骤流程图，在图2所示方法实施例的基础上，本实施例详细说明了综合测向和测时差的目标位置信息场定位的过程，具体可以包括如下步骤：

步骤301、对至少一个观测数据进行提取，得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息。

其中，该至少一个观测数据是根据至少一个辐射源得到的。由于在定位系统中，多个观测站所形成的几何区域内存在至少一个辐射源，而每个辐射源均可以主动发出信号，因此多个观测站均可以采集得到每个辐射源所发出的信号，从而得到至少一个观测数据。

本步骤301中提取得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息的过程与步骤201类似，在此不再赘述。

步骤302、根据至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息，建立代价函数。

具体地，可以根据该至少一个到达角信息，建立第一增量函数，并根据该至少一个到达时差信息，建立第二增量函数，最后根据该第一增量函数和该第二增量函数，建立代价函数。

其中，该第一增量函数可以为：φ1(xe(i)/z)用于指示辐射源的位置信息场，p(z(k))/xe(i))为关于到达角信息的辐射源的位置信息增量函数。

进一步地，k＝0,1,…,k-1。其中，[z(k)-h(k)]^t为[z(k)-h(k)]的转置，h(k)为第k个到达角信息的状态-量测转移函数，rθ为到达角测量误差的协方差矩阵，z(k)为第k个到达角信息，l为观测站的数目。

其中，为到达角测量误差的方差。

另外，该第二增量函数可以为：φ2(xe(i)/u)用于指示辐射源的位置信息场，其中p(u(k)/xe)为关于到达时差信息的辐射源的位置信息增量函数。

进一步地，其中，这里h(k)为状态-量测转移函数，rτ为时差测量协方差矩阵，[u(k)-h(k)]^t为[u(k)-h(k)]的转置，u(k)为第k个到达时差信息。

其中，为时差测量方差，ρτ为各时差测量的相关系数，取ρτ＝1/2。

步骤303、在预置区域内设置第一预设数目的横向分割线和第二预设数目的纵向分割线，将该横向分割线和该纵向分割线相交的至少一个交点作为至少一个预置坐标点。

其中，该第一预设数目和第二预设数目均可以根据预置区域的面积大小进行设置，本发明实施例对此不做限定。而且，该第一预设数目的横向分割线和该第二预设数目的纵向分割线可以均为等间距排布，也即每两条相邻的横向分割线之间的距离相同，每两条相邻的纵向分割线之间的距离也相同。

在预置区域内设置好横向分割线和纵向分割线后，可以将每条横向分割线和每条纵向分割线的交点作为预置坐标点，因此可以得到至少一个预置坐标点，该至少一个预置坐标点的数目为第一预设数目和第二预设数目的乘积。

例如，该预置区域为矩形，可以对该矩形区域均匀划分，得到第i个网格点xe(i)，其中i＝1,2,…,i，i为预置坐标点的数目，如果包括nx条横向分割线和ny条纵向分割线，则在该区域的预置坐标点的数目i＝nxny。

步骤304、根据代价函数，确定每个预置坐标点对应的函数值。

由于需要通过各个预置坐标点对应的位置信息，确定各个坐标点在代价函数中所对应的函数值，因此可以在预置区域中建立直角坐标系，并确定每个预置坐标点的坐标，同时还可以确定各个观测站的坐标，以便根据预置坐标点的坐标计算得到每个预置坐标点对应的函数值。

步骤305、将函数值满足预设条件的预置坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息。

计算得到每个预置坐标点对应的函数值后，即可对得到的多个函数值进行筛选，判断各个预置坐标点对应的函数值是否满足预设条件。如果某个函数值满足预设条件，则可以将该函数值所对应的预置坐标点的坐标信息作为目标位置信息。

具体地，对于每个预置坐标点，可以判断该预置坐标点对应的函数值是否大于相邻坐标点对应的函数值，当该预置坐标点对应的函数值大于相邻坐标点对应的函数值时，则可以确定该预置坐标点为峰值坐标点，并将至少一个峰值坐标点的坐标信息作为该目标位置信息。

也即，遍历每个预置坐标点对应的函数值，判断某个预置坐标点的函数值是否大于与该预置坐标点相邻的其他坐标点的函数值。如果该预置坐标点的函数值大于相邻的其他坐标点的函数值，则说明该函数值为峰值函数值，该预置坐标点为峰值坐标点，辐射源可能位于该峰值坐标点所对应的坐标，因此可以将该峰值坐标点对应的坐标信息作为目标位置信息。

而且，还可以将峰值坐标点对应的函数值按照从大到小顺序进行排序，并按照峰值坐标点对应的函数值的大小顺序，选取预设数目的峰值坐标点的坐标信息作为目标位置信息。

当判断得到多个峰值坐标点时，可以按照每个峰值坐标点对应函数值的大小关系，按照从大到小的顺序进行排序，并选取函数值最大的预设数目个函数值所对应的峰值坐标点，将选取后的峰值坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息，从而确定辐射源的位置。

例如，可以在预置区域dx内的搜索峰值函数值的个数，设最大峰值在[nx(1),ny(1)]处，[nx(1),ny(1)]可以采用如下公式进行表示：

其中nx，ny表示峰值坐标点在x轴和y轴的标量，f(nx,ny)为代价函数φ(xe(i)/u)在(nx,ny)点的取值，nx为步骤303中横向分割线的数目，ny为步骤303中纵向分割线的数目。

可以令其他峰值函数值按函数值的大小进行排序，并选取最大的p个函数值所对应的坐标作为目标位置信息，选取的p个函数值需要满足的条件为：

其中，γp为一阀值。

因此，得到的目标位置信息可以包括：[nx(1),ny(1)]、[nx(2),ny(2)],…,[nx(p),ny(p)]、xp,0＝xmin+nx(p)δx和yp,0＝ymin+ny(p)δy。

综上，本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位方法，通过对至少一个观测数据进行提取，并根据提取得到的到达角信息和到达时差信息建立代价函数，结合预置区域中的预置坐标点，计算得到每个坐标点所对应的函数值，从而能够根据每个坐标点对应的函数值确定辐射源的位置，无需对每个辐射源所发出的信号进行配对和融合，即可根据满足预设条件的函数值对应的坐标确定辐射源的位置，解决了在辐射源不可区分的情况下无法对辐射源进行定位的问题。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的运动动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的运动动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的运动动作并不一定是本发明实施例所必须的。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

图4是根据一示例性实施例示出的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位装置的框图，如图4所示，该综合测向和测时差的目标位置信息场定位装置可以包括：提取模块401、函数建立模块402、参数确定模块403和信息确定模块404。

提取模块401，用于对至少一个观测数据进行提取，得到至少一个到达角信息和至少一个到达时差信息；该至少一个观测数据为根据至少一个辐射源得到；

函数建立模块402，用于根据该至少一个到达角信息和该至少一个到达时差信息，建立代价函数；

参数确定模块403，用于根据该代价函数，确定每个预置坐标点对应的函数值；该预置坐标点为依据预置区域划分得到；

信息确定模块404，用于将函数值满足预设条件的预置坐标点所对应的坐标信息作为目标位置信息，该目标位置信息用于指示至少一个辐射源的位置。

综上，本发明实施例提供的一种综合测向和测时差的目标位置信息场定位装置，通过对至少一个观测数据进行提取，并根据提取得到的到达角信息和到达时差信息建立代价函数，结合预置区域中的预置坐标点，计算得到每个坐标点所对应的函数值，从而能够根据每个坐标点对应的函数值确定辐射源的位置，无需对每个辐射源所发出的信号进行配对和融合，即可根据满足预设条件的函数值对应的坐标确定辐射源的位置，解决了在辐射源不可区分的情况下无法对辐射源进行定位的问题。

可选的，该函数建立模块402可以包括：

第一建立子模块，用于根据该至少一个到达角信息，建立第一增量函数；

第二建立子模块，用于根据该至少一个到达时差信息，建立第二增量函数；

第三建立子模块，用于根据该第一增量函数和该第二增量函数，建立该代价函数。

可选的，该信息确定模块404可以包括：

判断子模块，用于对于每个预置坐标点，判断该预置坐标点对应的函数值是否大于相邻坐标点对应的函数值；

第一确定子模块，用于当该预置坐标点对应的函数值大于相邻坐标点对应的函数值时，确定该预置坐标点为峰值坐标点；

第二确定子模块，用于将至少一个峰值坐标点的坐标信息作为该目标位置信息。

可选的，该第二确定子模块可以包括：

排序单元，用于将该峰值坐标点对应的函数值按照从大到小顺序进行排序；

选取单元，用于按照该峰值坐标点对应的函数值的大小顺序，选取预设数目的峰值坐标点的坐标信息作为该目标位置信息。

可选的，该预置区域为矩形；

该装置还可以包括：

分割线设置模块，用于在该预置区域内设置第一预设数目的横向分割线和第二预设数目的纵向分割线，该第一预设数目的横向分割线和该第二预设数目的纵向分割线均为等间距排布；

坐标点确定模块，用于将该横向分割线和该纵向分割线相交的至少一个交点作为该至少一个预置坐标点。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。