CN110261820B - 一种多测量站的时差定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多测量站的时差定位方法及装置，该方法包括：采用时间延迟估计方法获取N(N‑1)/2个时间差测量值；利用投影矩阵P，对时差测量值Told进行投影处理，得到投影后的时差测量值Tnew；然后选取第m个测量站作为主站，其它测量站作为辅站，从Tnew中选取辅站与主站之间的N‑1个对应的时差测量值，并利用上一步获取的时差测量值，计算辐射源的坐标位置；然后指定N个测量站分别作为主站，得到不同主站情况下的GDOP等值线分布图；比较解算的坐标位置在N个等值线分布图中的GDOP值，确定该坐标位置是否为最终的解算结果。本发明利用所有的时差测量值信息，避免了时差测量值的浪费，兼顾主站选取对目标的影响，提高定位精度。

Description

一种多测量站的时差定位方法及装置
技术领域
本发明属于时差定位技术领域，特别涉及一种多测量站的时差定位方法及装置。
背景技术
时差定位技术对天线要求低，隐蔽性较好，是一种有效的无源定位技术，在频谱监测领域得到了广泛的研究与应用。时差定位技术一般要求至少三个测量站才能对地面进行有效的二维定位。为了对地面目标进行有效的定位，一般采用多个测量站(大于3个)进行布局，得到多组时差值，然后进行定位解算。
传统的解算方法有最小二乘法，Chan方法，Taylor方法，CTLS方法等。解算过程中，一般是人为地规定某个测量站作为主站，将其它测量站作为辅站，选取辅站与主站之间的时差测量值作为主要解算信息，最后转化为双曲线方程组进行解算。然而，这样的方法存在较多不足：
一方面，只是单纯地利用了辅站和主站之间的时差测量值信息进行解算，辅站两两之间的时差测量值没有参与解算，存在测量值信息的浪费。
另一方面，主站是人为规定的，选取不同的主站，得到的几何稀释精度因子(Geometric Dilution Of Precision，GDOP)的等值线分布图是不一样的。GDOP描述了定位误差与测量站几何分布之间的关系。也就是说，采用相同的时差测量值信息，选取不同的主测量站，得到的定位结果的误差是不一样的，对目标解算的精度有很大的影响。目前大多数方法没有考虑主站选取对定位精度的影响。
发明内容
针对现有技术存在的不足，在传统的时差定位方法基础上，本发明提供一种多测量站的时差定位方法及装置，充分利用现有的时差测量值信息，避免了时差测量值的浪费，并且兼顾了主站选取对目标的影响，进一步提高了定位的精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种多测量站的时差定位方法，对N个测量站进行时差分析，包括以下步骤：
第一步：采用时间延迟估计方法获取N(N-1)/2个时间差测量值；
第二步：利用投影矩阵P，对时差测量值Told进行投影处理，得到投影后的时差测量值Tnew；
第三步：选取第m个测量站作为主站，其它测量站作为辅站，从Tnew中选取辅站与主站之间的N-1个对应的时差测量值；
第四步：利用第三步获取的时差测量值，计算辐射源的坐标位置；
第五步：指定N个测量站分别作为主站，得到不同主站情况下的GDOP等值线分布图；根据第四步获取的解算位置，比较该位置在N个等值线分布图中的GDOP值，假设第n个等值线分布图在该坐标点的GDOP值最小，此时对应的主站是第n个测量站；
第六步：如果m≠n，此时选取第n个测量站作为主站，从Tnew中选取N-1个对应的时差测量值，采取与第四步相同的方法进行计算，得到辐射源的位置；否则，选取第四步获取的坐标位置作为最终的解算结果。
进一步的，投影矩阵为：
Figure BDA0002134711320000021
其中，
Figure BDA0002134711320000022
1(N-1)×1表示元素全为1的N-1行列向量，I(N-1)×(N-1)表示N-1维单位矩阵，D(N×(N-1)/2)×N表示行为N×(N-1)/2、列为N的矩阵。
进一步的，通过时间延迟估计方法得到N(N-1)/2个时间差测量值，用列向量Told表示，利用投影矩阵得到投影后的时差测量值：
Tnew＝PTold
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的多测量站的时差定位方法步骤。
本发明还提供一种多测量站的时差定位装置，包括终端设备的处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行前述的多测量站的时差定位方法步骤。
与现有技术相比，本发明优点在于：
1、充分利用所有的两两测量站之间的时差测量值，避免信息的浪费，提高了位置解算的精度，并采用投影矩阵对时差测量值进行信息融合，然后进行位置解算；2、考虑了主站的选取对辐射源定位精度的影响，根据GDOP值选取主站进行位置解算，提高定位精度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
假设有N个测量站进行时差定位，两两测量站之间时差值有N(N-1)/2个。选取主测量站，此时其它辅站与主站之间存在N-1个时差测量值，理论上，如果没有测量误差，该N-1时差值，可以推导出其它测量站之间的时差值。在测量误差存在的情况下，这种情况就不成立了。为了充分利用N(N-1)/2时差信息，而不是单纯地指定一个主站，仅仅使用该主站与其它辅站之间的N-1个时差测量值，这里使用投影矩阵进行处理。投影矩阵为：
Figure BDA0002134711320000031
其中，
Figure BDA0002134711320000032
1(N-1)×1表示元素全为1的N-1行列向量，I(N-1)×(N-1)表示N-1维单位矩阵，D(N×(N-1)/2)×N表示行为N×(N-1)/2、列为N的矩阵。
假设通过时间延迟估计方法得到N(N-1)/2个时间差测量值，可用列向量Told表示，利用投影矩阵可以得到投影后的时差测量值：
Tnew＝PTold
将Told投影到D的值空间，得到Tnew。任意指定一个测量站为主站，从Tnew中得到辅站与主站的N-1个时差值，可以推出其它的时差测量值，即Tnew的其它时差测量值为冗余信息。
利用投影矩阵处理时差信息，并且考虑到选取不同的主站对辐射源定位精度的影响是不同的，设计如下方法：
第一步：采用时间延迟估计方法获取N(N-1)/2个时间差测量值；
第二步：利用投影矩阵P，对时差测量值Told进行投影处理，得到投影后的时差测量值Tnew；
第三步：任意指定一个测量站作为主站，假设选取第m个测量站作为主站，其它测量站作为辅站，从Tnew中选取辅站与主站之间的N-1个对应的时差测量值；
第四步：利用第三步获取的时差测量值，采用传统方法，例如Taylor方法或者Newton方法，计算辐射源的坐标位置；
第五步：指定N个测量站分别作为主站，得到不同主站情况下的GDOP等值线分布图。根据第四步获取的解算位置，比较该位置在N个等值线分布图中的GDOP值，假设第n个等值线分布图在该坐标点的GDOP值最小，此时对应的主站是第n个测量站。
第六步：如果m≠n，此时选取第n个测量站作为主站，从Tnew中选取N-1个对应的时差测量值，采取与第四步相同的方法进行计算，得到辐射源的位置。否则，选取第四步获取的坐标位置作为最终的解算结果。
实施例2
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例1所述的多测量站的时差定位方法步骤，执行的具体步骤可参见实施例1，此处不再赘述。
实施例3
本实施例提供一种多测量站的时差定位装置，包括终端设备的处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如实施例1所述的多测量站的时差定位方法步骤，执行的具体方法步骤可参见实施例1，此处不再赘述。
综上所述，本发明充分利用现有的时差测量值信息，利用所有的两两测量站之间的时差测量值，避免信息的浪费，提高了位置解算的精度，并采用投影矩阵对时差测量值进行信息融合，然后进行位置解算；考虑了主站的选取对辐射源定位精度的影响，根据GDOP值选取主站进行位置解算，提高定位精度。
本发明说明书的各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可，每个实施例重点说明的是与其他实施例不同之处。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多测量站的时差定位方法，对N个测量站进行时差分析，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：采用时间延迟估计方法获取N(N-1)/2个时间差测量值；
第二步：利用投影矩阵P，对时差测量值Told进行投影处理，得到投影后的时差测量值Tnew；
第三步：选取第m个测量站作为主站，其它测量站作为辅站，从Tnew中选取辅站与主站之间的N-1个对应的时差测量值；
第四步：利用第三步获取的时差测量值，计算辐射源的坐标位置；
第五步：指定N个测量站分别作为主站，得到不同主站情况下的GDOP等值线分布图；根据第四步获取的解算位置，比较该位置在N个等值线分布图中的GDOP值，假设第n个等值线分布图在该坐标点的GDOP值最小，此时对应的主站是第n个测量站；
第六步：如果m≠n，此时选取第n个测量站作为主站，从Tnew中选取N-1个对应的时差测量值，采取与第四步相同的方法进行计算，得到辐射源的位置；否则，选取第四步获取的坐标位置作为最终的解算结果；
投影矩阵为：
Figure FDA0003216677660000011
其中，
Figure FDA0003216677660000012
1(N-1)×1表示元素全为1的N-1行列向量，I(N-1)×(N-1)表示N-1维单位矩阵，D(N×(N-1)/2)×N表示行为N×(N-1)/2、列为N的矩阵；
通过时间延迟估计方法得到N(N-1)/2个时间差测量值，用列向量Told表示，利用投影矩阵得到投影后的时差测量值：
Tnew＝PTold。
2.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的方法步骤。
3.一种多测量站的时差定位装置，包括终端设备的处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于：所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1所述的方法步骤。
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