专利名称：一种抗接收机采样同步误差的时差定位方法
技术领域：
本发明属于被动定位方法，尤其涉及多个接收机采样时钟存在同步误差时的高精度、快速到达距离差定位方法。
背景技术：
高精度被动定位在雷达、声纳、卫星和通信等系统的中具有重要的应用价值。到达距离差(Range Difference Of Arrival, RDOA)定位是一 种重要的高精度定位方法,在声纳、雷达及其它无线电定位导航领域获得了广泛的应用。现有的RDOA定位方法大致可分为几何交叉法和统计判决法两大类。其中，几何交叉法主要利用RDOA测量值所包含的信号源和接收机之间的几何位置关系，直接计算目标的位置；统计判决法可以利用多余的RDOA测量值，根据测量误差的统计特性，优化定位结果。统计判决法有很多，主要包括KF(KalmanFiltering)、TSE (Taylor Series Expansion)、DAC(Divide And Conquer)、SI (SpheralInterpolation)、SX (Spheral Intersection)、PX (Plane intersection)以及一些改进方法。这些经典定位方法在被动定位中已经获得广泛应用。本发明专利主要针对在接收机采样时钟存在同步误差的情况下的高精度RDOA定位方法。在无源定位系统中为实现多个接收机采样时钟的同步，一般利用全球定位系统(GPS)提供时钟基准，实现高精度同步采样。其基本原理是各个接收机采样时钟经GPS的时钟脉冲激发实现各个接收机采样时钟输出的脉冲信号的前沿与GPS时间同步。但由于各个接收机采样时钟输出的脉冲信号的前沿存在误差，使得接收机的采样在GPS时钟脉冲激发后存在一个采样周期的随机误差，导致RDOA定位精度恶化。因此，有必要发展一种抗接收机采样时钟同步误差的高精度定位方法。

发明内容
本发明的目的是针对接收机采样时钟存在同步误差的情况提供一种高精度的RDOA定位方法。根据该方法，利用实际RDOA定位系统中接收机采样时钟同步误差的特点，首先建立了相应的同步误差模型，然后在估计目标位置时同时估计出采样同步误差，最终通过对消掉采样同步误差来得到高精度定位。本发明方法包括如下步骤I)根据接收机采样同步误差模型和系统参数(采样率)，构造离散同步误差集。2)取离散同步误差集中的一点在测量距离差中进行对消，然后使用最小二乘法估计出对应的位置参数，并计算估计残差。遍历误差集，得到与离散同步误差集相对应的位置参数估计集和残差集。3)搜索残差集，以其中最小残差对应的位置参数估计为最优估计，同时也可得到对应的采样同步误差估计。


图I显示了在距离测量方差为σ i = I. 5米时本发明方法和SI方法的定位误差累计概率曲线。图2显示了在距离测量方差为O i = 3. O米时本发明方法和SI方法的定位误差累计概率曲线。图3显示了在距离测量方差为σ i = 6. O米时本发明方法和SI方法的定位误差累计概率曲线。
具体实施例方式RDOA定位涉及到多个观测站同时观测同一辐射源信号。以二维定位为例，发射源 和观测站位于同一平面内，各个观测站接收发射源辐射的同一信号，计算相对于参考站的RD0A。这里不考虑RDOA的测量过程。假设在直角坐标系中，N个观测站的位置为SiUi, yi)，i = 1，2，. . .，N，辐射源位于S(x, y),定义如下参量Si到原点的距离
权利要求
1.一种抗接收机采样同步误差的时差定位方法，其特征在于利用实际到达距离差(RDOA)定位系统中接收机采样时钟同步误差的特点，建立相应的同步误差模型，在估计目标位置时同时估计出采样时钟同步误差，最终通过对消掉采样时钟同步误差来得到高精度定位。其具体步骤是 根据接收机采样时钟同步误差模型和系统参数(采样率)，构造离散同步误差集。
取离散同步误差集中的一点在到达距离差测量中进行对消，然后使用最小二乘法估计出对应的位置参数，并计算估计残差。遍历离散同步误差集，得到与离散同步误差集相对应的位置参数估计集和残差集。
搜索残差集，以其中最小残差对应的位置参数估计为最优估计，同时也可得到对应的采样时钟同步误差估计。
2.如权利要求I所述的抗接收机采样同步误差的时差定位方法，其特征在于由采样时钟同步误差νη确定N-I维向量V = [v21. . . vN1]，其中N表示接收机个数,再由采样时钟同步误差Vil的离散同步误差集{_ Θ，0，Θ }，确定所有可能的N-I维向量V的集合为误差集 I :/ = ■[V1,V2,V1 = [-0,0, . . . ,0], V2 =
, V3 = [ Θ，O, · · · ,O], V4 = [O, - Θ，· · ·，O], . . .，V3'-, =[θ,θ,...,θ] 其中Θ为一个采样周期内的信号传播距离。
3.如权利要求I所述的抗接收机采样同步误差的时差定位方法，其特征在于取误差集I中的一个向量，在到达距离差测量中进行对消，然后使用最小二乘法估计出对应的位置参数，并计算对应的残差；遍历误差集I，得到与误差集I 一一对应的位置参数估计集和残差集。
4.如权利要求I所述的抗接收机采样同步误差的时差定位方法，其特征在于确定最小二乘解为P = (ATA”AT δ 其中Ot表示矩阵或向量的转置，
5.如权利要求I所述的抗接收机采样时同步误差的时差定位方法，其特征在于搜索残差集，以其中最小残差对应的位置参数估计为最终的信号源位置估计。
全文摘要
本发明专利主要针对在接收机采样时钟存在同步误差的情况下的高精度到达距离差(RDOA)定位方法。多个接收机采样时钟采样的同步，一般利用全球定位系统(GPS)提供时钟基准，实现高精度同步采样。但由于各个接收机采样时钟输出的脉冲信号的前沿存在误差，使得接收机的采样在GPS时钟脉冲激发后存在一个采样周期的随机误差，导致RDOA定位精度恶化。本发明利用采样时钟同步误差的随机变化规律克服采样时钟同步误差对RDOA定位的影响，显著的提高了RDOA定位精度。
文档编号G01S5/00GK102914764SQ201210380068
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月24日 优先权日2012年11月24日
发明者罗来源, 万群, 文飞, 熊瑾煜 申请人:中国人民解放军总参谋部第五十七研究所, 电子科技大学