基于角度和时差的单站多外辐射源融合定位方法

针对利用单个观测站接收多个外辐射源信号对静态目标的定位问题,提出了一种基于融合的定位方法。首先依据单个外辐射源,建立时差和到达角的观测方程;然后构建测量误差的概率密度函数,利用最大似然估计得到目标位置的解析解;最后利用最大似然方法将依据单个外辐射源得到的目标位置进行融合,得到目标位置的融合解。仿真结果表明,文章多外辐射源融合定位的克拉美罗界(Cramer Rao lower bound,CRLB)低于单外辐射源定位,联合角度(direction of arrival,DOA)和时差(time difference of arrival,TDOA)定位的CRLB低于仅利用时差定位,且文章算法的定位误差逼近CRLB。系统几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)图表明,影响定位精度的主要因素是测量误差、目标的位置和辐射源个数及位置。     

改进的时差频差多目标定位算法

提出了改进型约束总体最小二乘多目标定位算法.首先引入辅助变量将非线性定位方程转化为伪线性方程;然后利用两步最小二乘法估计目标的初始位置,依据目标初始位置重新选择参考传感器;最后考虑伪线性方程中所有系数矩阵的噪声,采用拉格朗日乘子技术求解约束条件,利用拟牛顿算法迭代公式得到精确解.仿真结果证明了理论分析的正确性和可行性,所提算法能够达到克拉美罗下界,具有较强的鲁棒性和精确的定位性能.     

移动辐射源AOA-TDOA-FDOA联合定位闭合解算法

移动辐射源无源定位是电子对抗领域需要解决的关键问题之一。基于到达时间差(TDOA)与到达频率差(FDOA)的联合定位闭合解算法是解决上述问题的有效途径之一,但完成一次定位至少需要5个协同平台才能达到该算法的应用条件。在保持无源定位闭合解框架的前提下,为减少协同平台个数,提出了一种融合到达角(AOA)观测量、TDOA观测量以及FDOA观测量的无源定位算法。当各观测量的观察噪声及传感器位置偏差均为高斯噪声且噪声强度适中时,可建立移动辐射源位置与各观测量及传感器位置的近似代数表达式,并由此形成AOA-TDOA-FDOA联合定位闭合解算法。进一步的理论分析表明,该算法的定位误差能达到克拉美罗界,数值仿真结果与理论分析结论吻合。     

Memetic优化的外辐射源雷达方位-多普勒定位方法

针对外辐射源雷达系统中快速高精度定位信息不易得到的问题,提出一种基于文化基因(Memetic)优化的方位-多普勒联合定位算法,首次将Memetic算法引入外辐射源定位领域,并设计了一种新的下降方向作为Memetic局部搜索策略,把目标定位转化成函数优化问题.实验结果显示,在无先验初始点信息和单次观测条件下,新算法不仅能将相对定位误差控制在较小范围内,而且能使定位精度稳定地逼近克拉美罗界.相比采用传统进化算法解决定位问题,新方法能够以更快的速度收敛到最优解,且单次定位时间更短,精度更高,从而实现对目标位置的快速高精度定位.     

基于双基地距离及其变化率的无源定位算法

针对多站多外辐射源雷达系统中运动目标的定位问题,提出一种基于双基地距离及其变化率的运动目标无源定位算法。该算法首先引入辅助参数,建立了双基地距离及其变化率与目标位置及其速度的伪线性关系方程,并通过加权最小二乘估计得到目标位置和速度的初步解;其次建立辅助参数与初步解估计误差的伪线性方程并求解其估计误差,最终利用目标位置和速度的初步解及其估计误差得到目标位置和速度的最终估计。分别在近场和远场条件下对算法进行仿真,仿真结果表明,本文算法在复杂度略低于现有三步加权最小二乘估计(3WLS)算法的前提下仍能达到克拉美罗界,并且定位精度优于3WLS算法。     

利用高斯牛顿迭代的时频差无源定位算法

针对传统高斯牛顿迭代法在时差-频差定位中因迭代初始值不准而易出现的不收敛问题,提出一种基于约束加权最小二乘(CWLS)的高斯牛顿迭代定位算法。该算法首先将定位问题中关于目标位置、速度的时差-频差非线性定位方程转化为伪线性方程,分步估计目标位置、速度初始值;为实现初始值的精确估计,将目标位置与辅助变量等式约束关系松弛为二阶锥约束(SOCP)条件;引入随机鲁棒最小二乘(SRLS)构建新的线性关系,当新线性关系的最小二乘解不满足二阶锥约束条件时,使用半定规划(SDP)技术求解目标位置的估计解,通过获得的目标位置来对目标速度进行求解;获得目标参数估计初始值后,建立时差-频差定位系统下关于目标位置与速度的高斯牛顿迭代方程,利用高斯牛顿迭代对目标参数进行寻优求解,该迭代过程不需要引入辅助参数,可以直接得到目标参数。仿真实验表明,所提算法对近场目标与远场目标均有很好的定位效果,较已有经典两步加权算法,其鲁棒性好、定位精度高。同时,仿真结果表明了高斯牛顿迭代方程时对初始值优化的必要性。     

一种TOA联合同步与定位的CWLS算法

在基于到达时间定位中,针对目标节点与传感器锚节点之间存在时钟偏差而导致定位性能下降的问题,提出了一种时钟同步与目标定位联合估计算法。该算法通过引入辅助变量将非线性量测方程伪线性化,并建立代价函数;然后利用变量之间的关系构造约束条件,将原定位问题转换为约束加权最小二乘问题;最后利用拉格朗日乘子法得到目标位置和时钟偏差的闭式解。理论分析和仿真实验表明,所提算法的定位性能逼近克拉美罗界,优于现有算法。     

一种多参考接收站下的时差定位算法

提出了一种基于多参考接收站的到达时间差无源定位新算法．首先将复杂的非线性时差定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,运用加权最小二乘估计对伪线性方程组进行初始求解;然后利用初始解中各分量之间的相关性,通过加权最小二乘估计进一步求解得到一组改进的辐射源位置估计; 最后取这组估计值的平均值得到辐射源位置的最终估计．仿真结果表明,该算法对近场和远场辐射源均具有较高的定位精度．     

一种利用修正牛顿迭代的时差定位算法

针对传统基于迭代求解的时差定位算法中容易出现的发散问题,提出了一种新的基于修正牛顿迭代的时差定位算法．该算法首先利用辅助变量将非线性时差定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,在此基础上把时差定位问题转化为约束加权最小二乘优化问题;然后,利用基于特征值修正的牛顿法进行定位解算,同时为了减少迭代次数,通过二次插值法对一维优化问题进行寻优求解,给出了迭代步长因子的求取过程;最后,通过仿真分析验证了所提算法的有效性．     

存在载频误差下的多普勒频移定位算法

针对非合作环境下目标辐射源信号载频估计存在误差的问题,提出了一种基于多普勒频移的无源定位算法。该算法充分考虑目标辐射源信号载频估计误差的影响,推导了在存在载频估计误差下的克拉美罗界(Cramer-Rao lower bound,CRLB),并将该算法与忽略载频估计误差的算法进行比较。仿真实验发现,在存在载频误差的情况下,即使对于CRLB的影响只是1.5 dB左右,但若在目标定位时忽略该影响因素,会导致定位精度急剧下降。当忽略载频估计误差的算法开始偏离CRLB时,该算法仍能达到CRLB,且当噪声增大近40 dB后,才开始偏离CRLB。证明该算法具有较强的鲁棒性,且定位精度较高。     

Geolocation of a known altitude object using TOA measurements

This paper considers the problem of locating a source on the Earth surface whose altitude is known a priori using time of arrival (TOA) measurements obtained in spatially distributed receivers. The receiver positions are subject to random errors. The Cramer-Rao lower bound (CRLB) analysis shows that exploiting the source altitude information can improve the source localization accuracy compared to the TOA-only localization system. A weighted least squares (WLS) source localization algorithm exploring both the source altitude and TOA measurements is developed. The proposed solution is shown analytically to achieve the CRLB over a small noise region. Simulation results demonstrate the good performance of the proposed method.     

非视距环境下RSS和TDOA联合的信源被动定位

针对非视距环境下信源定位性能恶化的问题,提出了一种能时域联合的信源被动定位算法。综合利用接收信号强度和到达时间差两种测量信息,首先给出信源位置的最大似然估计;然后引入距离平方与加权最小二乘法,将非凸的定位方程求解问题转化为广义信赖域子问题,采用二分法求得信源位置的估计;接下来采用迭代法估计非视距误差与信源位置以提高定位精度;最后,推导了联合估计的克拉美罗下界,比较分析了计算复杂度。仿真结果验证了所提出算法在非视距环境下接近克拉美罗下界,且具有较好的鲁棒性。     

基于多元变量泰勒级数展开模型的定位算法

传统Taylor级数展开模型只考虑未知节点和锚节点之间的距离,没有考虑未知节点之间的距离,定位信息不够全面,从而导致定位精度不高。为了进一步提高定位精度,该文提出了一种新的基于多元变量Taylor级数展开模型的定位算法。首先考虑未知节点之间的距离信息,建立新的基于多元变量Taylor级数展开的定位模型。然后,在对新的定位模型求解过程中,采用粒子群算法对未知节点进行定位,获得其位置的初始值。再根据加权最小二乘法求出新模型的解,作为未知节点的估计位置。最后,为评价该算法的性能,对定位结果的克拉美罗界（CRLB）进行推导。仿真结果表明基于多元变量Taylor级数展开模型的定位精度更高,定位误差接近CRLB。     

Channel Estimation and Compensation for Underwater Acoustic Pipeline Communication

An estimation and compensation algorithm for underwater acoustic pipeline channel is investigated. A joint time-frequency adaptive signal-to-noise ratio (SNR) estimation based on the maximum likelihood method is introduced firstly, and the Cramer-Rao lower bound (CRLB) is proposed so as to evaluate the performance of the SNR estimation algorithm. For frequency-selective fading channel part, estimation and compensation are made to improve the robustness of the system on the basis of the LMS algorithm. Furthermore,real-time update iteration algorithm in the frequency domain is investigated to realize synchronous receiving and estimation. For verification, simulations and actual data tests were made, and the results show that the algorithm possesses great robustness, efficiency and accuracy inrealization of SNR estimation, signal detection and frequency impulse compensation for the channel.     

误差修正的声源目标混合定位算法

针对定位系统因非视距传播、多路径效应等因素所导致定位精度降低的问题,提出了一种基于到达时差的误差修正声源目标混合定位算法。首先,该算法在传统加权最小二乘法中引入动态权值修正技术获得泰勒级数迭代法初值,减少了迭代次数;其次,提出了后项时延选择算法,并结合标准残差函数剔除了误差较大的时差对定位性能的影响,选择最优的时差组合方式进行目标位置解算;最后,通过标准残差加权的方式修正混合定位算法误差,得到声源目标位置。 实验结果显示,新提出的误差修正混合定位算法性能优于参考算法,且对非视距误差具有显著的抑制作用,有效地提高了定位精度。     

融合建筑信息模型的基站自标定技术

由于建筑材料的遮挡和吸收,室内的无线信号严重受损,致使全球卫星导航系统在室内场景中效果并不理想,因此基于基站的室内定位技术成为关键,其定位性能与基站标定精度关系密切.基于基站通常布置在建筑体墙面上的事实,提出了一种融合建筑信息模型的基站自标定技术,用于提升自标定性能,同时,使用克拉美罗下界进行理论性能分析.所提技术在半定规划算法中融入了建筑信息模型空间约束.克拉美罗下界分析和算法仿真实验结果表明,融入建筑信息模型中的空间约束有效地提升了基站自标定的精度.