低秩条件下双星TDOA和FDOA无源定位算法

针对双星对地面已知高度目标辐射源到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)无源定位过程中存在卫星1位置矢量、两卫星位置矢量差以及两卫星速度矢量差三者共面问题,提出了一种获得目标位置三维解析解的算法,并指出当且仅当两卫星位置矢量和速度矢量四者共线时才无解。分析了共面但不共线和共线2种情况,给出了不同情况下的解析解,并且当两卫星位置矢量共线时可以将定位问题化简为简单的一元二次方程求解问题,可以有效降低求解复杂度和减少虚根数量。此外,当三矢量共面时还可以改善星下点区域的定位精度。仿真实验验证了所提算法的有效性。

存在站址误差下的时频差稳健定位算法

针对现有算法定位精度低,稳健性差的问题,该文基于误差校正的思想,改进了经典两步加权最小二乘(TSWLS)算法的步骤2,提出一种站址误差条件下基于到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)的高精度、稳健动目标无源定位算法。所提算法的步骤2对步骤1中引入的辅助变量进行泰勒展开以构建误差校正方程,避免了经典两步加权最小二乘算法中的矩阵缺秩问题和非线性运算,提高了算法的稳健性和定位精度。理论分析表明,在小噪声条件下该算法定位精度可达克拉美罗下界(CRLB)。仿真结果表明,在常见量级的站值误差及测量误差下,相比于现有算法,该文算法具有更强的稳健性和更优的抗噪性。

复杂电磁环境下北斗干扰源的协同定位技术

针对于复杂电磁环境下对北斗干扰源的定位需求,提出利用到达时间差TDOA和到达频率差FDOA的协同定位方法,建立干扰源协同定位算法的数学模型,进行迭代求解和结果评估,分析定位算法的克拉美劳下界。仿真结果表明,该方法具有较好的定位精度和算法性能。

一种基于加权多维标度分析的多个非相关源TDOA/FDOA协同定位方法

时/频差定位是针对运动辐射源的一类重要无线定位体制,其定位精度受时/频差观测误差和传感器模型(包括位置和速度)先验观测误差的影响较大。为了提高在大观测误差条件下的定位性能,提出一种基于加权多维标度分析的多个非相关源TDOA/FDOA协同定位方法。新方法包含2个计算阶段:阶段a利用2组多维标度分析中的标量积矩阵形成定位关系式,并进而构造加权矩阵以获得多个非相关源以及各传感器位置和速度的估计值;阶段b利用多维标度分析中引入的中间变量构建阶段a估计误差的约束优化模型,由此获得阶段a估计误差的估计值,并利用其更新阶段a的估计结果。通过一阶误差分析证明,所提方法对辐射源与传感器位置和速度的估计精度均能渐近逼近相应的克拉美罗界(CRB)。仿真实验结果验证了所提方法相比于其他时/频差定位方法的优越性。

一种基于观测站数目最小化的TDOA/FDOA无源定位算法

在三维(3D)运动目标无源定位系统中,无模糊定位最少需要4个观测站。而传统的两步加权最小二乘(TSWLS)及其改进的闭式算法至少需要5个观测站进行求解,当减少一个观测站时,这些闭式算法往往无法提供可靠解。针对这一问题,提出一种最小化观测站数目的到达时间差(TDOA)与到达频率差(FDOA)定位算法。该算法是一种闭式解法并且能够在三维场景下仅使用4个观测站进行定位。该算法分为两步:第1步分离传统的TSWLS算法中未知参数空间,建立了一组新的等式,并且利用加权最小二乘(WLS)算法得到目标位置与速度的初始值;第2步利用泰勒级数展开算法将中间变量线性化,对目标位置和速度初始值进一步校正。理论分析证明了在适当的噪声水平下该算法能够达到克拉美罗界(CRLB)。此外,计算机仿真表明仅使用4个观测站时,该算法对于近场以及远场目标参数的估计精度在测量噪声较小时可以实现CRLB;并且还表明使用5个观测站估计时,该算法比TSWLS及其改进算法能更好地适应大的测量噪声。