基于相位差的伪线性加权最小二乘短基线定位

对辐射源进行无源定位是电子战领域的一个重要问题。针对短基线时差定位技术对时差测量精度要求很高的难题,提出了一种基于相位差的修正伪线性最小二乘算法。相较于非线性最小二乘法(NLS),修正伪线性最小二乘法的优势是可以得到目标位置表达式,不需要迭代运算,计算效率较高;不需要定位初值,避免了算法发散问题。理论分析和仿真均说明修正伪线性最小二乘法可用于短基线情况下的目标定位。     

基于目标高度先验信息的多站时差无源定位方法

该文针对利用多站到达时差观测量的辐射源目标定位问题,已知目标高度先验信息,提出一种基于加权最小二乘的闭式高精度定位方法。近距离场景下,可忽略地球曲率影响,此时目标高度信息可等效为目标的1维坐标。基于该条件,使用一种新的两步加权最小二乘算法实现对目标的定位解算。该算法不需要目标位置初始值估计,无需迭代运算,计算量较小。仿真表明：利用目标高度先验信息可有效提高对目标的定位精度;在观测量噪声为高斯噪声且功率较小时,算法定位性能可达到克拉美罗界。     

双/多机测角频差定位算法研究

对固定辐射源的快速高精度定位是机载无源定位系统的重要任务之一,而双/多机测角频差定位体制是实现该任务的一种新途径。针对该定位体制,提出了一种快速有效的定位解算方法,解决了单次观测条件下的定位问题。该方法首先基于各机测得的方位角、俯仰角,采用伪线性法粗略估计辐射源位置;然后以此为初始值,采用高斯-牛顿迭代法,综合利用频差、方位角及俯仰角信息,精确估计辐射源位置。在单次观测定位的基础上,引入了批处理加权最小二乘融合算法及序贯加权最小二乘融合算法,实现了多次观测定位结果的有效融合。最后,进行了计算机仿真,结果表明:本文给出的单次定位解算方法及多次定位融合算法具有良好的性能,当观测误差不太大且服从高斯分布时,它们对应的辐射源位置估计精度能够很好地逼近克拉美罗限。      

基于加权最小二乘法的RAIM算法研究

针对最小二乘法在卫星故障检测和识别中存在的问题,研究将加权最小二乘算法用于卫星故障检测和识别,该算法将测量方程的协方差矩阵对角线元素作为加权因子,进而得到基于加权最小二乘法的卫星故障检测算法。通过各颗卫星伪距残差的平方和建立检验统计量,根据故障检测误警率和概率密度函数得到检测门限,将计算得到的伪距残差平方和与检测门限进行比较,进而实现故障的检测和隔离。结合实测数据,验证对比了两种算法的性能,结果表明:加权最小二乘RAIM算法在故障检测的灵敏度和故障识别性能方面优于最小二乘RAIM算法的性能。     

采用距离无偏估计的加权最小二乘定位算法

随着WiFi网络的广泛覆盖,基于接收信号强度的定位技术成为研究热点。针对已有基于接收信号强度定位算法定位性能不高的实际问题,提出一种基于距离无偏估计的加权最小二乘定位算法。该方法首先利用接收信号强度观测模型计算得到信号源与传感器之间距离的无偏估计量,然后根据距离计算公式建立方程组;接着把距离的无偏估计量代入方程组得到关于信号源位置的线性最小二乘模型,同时计算线性最小二乘模型中的噪声协方差矩阵;最后运用加权最小二乘方法计算得到信号源位置的估计量。该文对所提算法进行了充分的计算机仿真,仿真结果表明:在不同的定位环境下,所提算法的定位性能均优于传统加权最小二乘算法和最佳线性无偏估计算法。      

基于约束加权最小二乘的多站无源定位

针对传统加权最小二乘算法在噪声较大时会出现门限效应的问题。本文将约束加权最小二乘算法应用于多站无源定位,分别提出了基于多站时差定位的约束加权最小二乘算法以及基于时差频差联合定位的约束加权最小二乘算法。算法首先将非线性观测方程转化为两个伪线性方程,然后对伪线性方程加入限制条件,得到目标位置。仿真实验表明,与经典加权最小二乘算法及其改进算法相比,新算法在计算量增大不多的情况下扩展了适用范围,当噪声超过门限值时依然能获得较高的定位精度。新算法对噪声具有较强的鲁棒性,能有效克服门限效应带来的影响。      

无源定位观测方程的两类伪线性化方法及渐近最优闭式解

为避免无源定位中的迭代运算,该文针对两类特殊的无源定位(非线性)观测方程,分别提出将其进行伪线性化处理,从而实现目标位置闭式解算的理论分析框架.首先,在不限定具体物理观测量的前提下,归纳总结出两类将非线性观测方程转化为伪线性观测方程的数学模型,并推导出用于目标定位的加权线性最小二乘闭式解.接着,利用一阶误差分析方法定量分析两类闭式解的理论定位方差,并证明其参数估计性能均能够达到相应的克拉美罗界(在门限效应发生前),从而证明闭式解的渐近最优性.最后,文中以AOA/TOA联合定位和AOA/TDOA/FDOA联合定位为算例,分别阐述两类伪线性化无源定位方法的具体应用,并通过仿真实验验证文中理论分析的有效性.     

基于DOA-TDOA-FDOA的单站无源相干定位代数解

针对利用单站接收多个外辐射源信号实现目标定位的问题,该文提出一种基于两步加权最小二乘的到达角度(DOA)、时差(TDOA)和频差(FDOA)联合定位代数解算法.首先,在第1步加权最小二乘估计中,通过引入辅助参数,将非线性的角度、时差和频差方程转化为伪线性形式,并利用加权最小二乘得到目标位置和速度的粗估计;而后在第2步加...     

观测站有位置误差的多维标度时频差定位算法

定位精度对观测站位置误差很敏感。论文针对观测站位置和速度有误差的情况,提出了一种加权多维标度时频差定位算法。该算法利用了多维标度定位通过特征结构和维度信息抑制噪声的优势,它将定位残差表示成测量误差和观测站位置误差的线性形式,然后通过加权最小二乘给出了目标位置和速度估计的闭式解。仿真结果表明,在小的测量误差和观测站位置误差时,该算法对目标位置和速度的估计能够达到克拉美劳下界。与两步加权最小二乘和约束总体最小二乘算法相比,该算法在测量噪声和观测站位置误差较大时有更高的定位精度。      

基于DOA-TDOA-FDOA的单站无源相干定位代数解

针对利用单站接收多个外辐射源信号实现目标定位的问题,该文提出一种基于两步加权最小二乘的到达角度(DOA)、时差(TDOA)和频差(FDOA)联合定位代数解算法.首先,在第1步加权最小二乘估计中,通过引入辅助参数,将非线性的角度、时差和频差方程转化为伪线性形式,并利用加权最小二乘得到目标位置和速度的粗估计;而后在第2步加权最小二乘估计中利用辅助参数和目标位置参数之间的约束关系来构造另外一组线性方程,并再次利用加权最小二乘得到目标位置和速度的精确估计.推导了联合角度、时差和频差定位的克拉美罗界.理论分析和仿真结果表明,算法在观测误差较小时的定位误差可以达到克拉美罗界.     

一种线性校正到达时间差定位算法

针对到达时间差(TDOA)定位中出现的非线性估计问题,该文提出一种线性校正TDOA定位算法。首先将高度非线性的TDOA定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,利用加权最小二乘(WLS)估计进行初始求解;然后在此基础上通过一阶泰勒级数展开把伪线性方程组转化为关于估计偏差的线性加权最小二乘问题并进行求解,分析了所提算法在测量误差较小时的有效性。最后提出了一种基于加权最小二乘估计的恒加速度运动辐射源的定位方法,相应的估计性能在测量误差较小时也接近克拉美罗界(CRLB)。计算机仿真结果验证了该算法的有效性。     

一种新的GNSS快速定位算法

GNSS定位的经典算法Gauss-Newton迭代法对初始位置依赖性强,若初值设置不当则迭代次数增加,而每次迭代涉及矩阵乘法和矩阵求逆,计算量剧增,直接影响系统冷启动首次定位时间。直接解算定位法无需初值和迭代计算,计算量小但定位精度较差。针对上述问题,本文提出了一种两步快速定位法,首先用直接解算法解算出用户的概略位置,然后将距离方程组在该位置处进行泰勒展开,用加权最小二乘算法计算用户位置的修正量,概略位置修正后即为用户位置。新算法与传统Gauss-Newton迭代定位算法相比,在保证相同定位精度前提下大幅降低运算量,具有重要的工程意义。仿真结果证明了新算法的有效性。      

测距机位置误差条件下交会定位改进算法研究

起降引导系统进行岸基标校时,由于甲板变形,布设在甲板上用于进行目标定位的激光测距机位置无法精确获得,存在位置误差,会严重影响目标定位性能。针对这个问题,提出了一种混合定位算法,该算法将非线性方程线性化,得到最小二乘解,然后综合考虑测距机位置误差和测距误差,将误差分量分离后利用加权最小二乘法得到目标位置次优解,以此次优解作为泰勒级数展开法的迭代初值,进行迭代运算,最终得到定位结果。将该混合算法与约束总体最小二乘法及CHAN算法进行仿真对比,结果表明,该算法可靠性更高,定位精度在较高噪声的条件下仍能接近CRLB。     

基于特征分解的一步最小二乘声源定位算法

针对基于传声器阵列的声源定位闭式解问题,提出了一种基于特征值分解的闭式一步最小二乘定位算法,并通过计算机仿真比较了其与球形插值法及球形内插法的性能,表明球形插值法和一步最小二乘法具有等效的统计性能并且计算更为简便,且二者性能优于球形内插。     

基于约束总体最小二乘方法的到达时差到达频差无源定位算法

两步加权最小二乘方法(two-stage WLS)是求解TDOA/FDOA无源定位问题的经典线性方法,但也存在着定位偏差和均方误差对测量噪声的适应能力较差的缺点。该文根据TDOA/FDOA的伪线性定位方程组特点,将其建立为一种带约束条件的约束总体最小二乘(CTLS)模型,并采用拉格朗日乘子法求解带约束条件的CTLS问题,建立了几种最小二乘类定位方法的统一解,从而将约束加权最小二乘(CWLS)定位解和约束最小二乘(CLS)定位解变为该文CTLS定位解的特例。仿真表明,该文方法比两步加权最小二乘方法具有更低的均方误差,并能够有效减小定位偏差,因而具有更好的测量噪声适应能力。     

基于最小二乘残差的RAIM方案研究

为了使导航接收机的自主完好性检测算法与最小二乘位置解算法结合起来,提供准确可靠的定位定时服务,对最小二乘位置解算法和基于最小二乘残差法的接收机自主完好性检测算法进行了研究。针对导航接收机最小二乘位置解算法,提出了基于最小二乘残差法的卫星导航接收机自主完好性检测方案,并对方案进行了仿真分析,仿真结果表明方案是可行的,有效的。     

三机时差频差联合定位算法

针对平面三机对辐射源定位的场景,提出2种基于牛顿迭代法的定位方程组求解算法:平均处理算法和最小二乘迭代算法。通过仿真数据验证2种算法的有效性,并比较2种算法的优劣,发现平均处理算法更有利于解决定位模糊,最小二乘迭代算法更有利于提高定位精度,提出2种算法联合的解算思路。提供仿真数据,说明定位精度随三机布局方式的变化,得出结论:在保持副机到主机距离不变的情况下,三机在同一直线航迹上时具有全局最高定位精度。     

基于总体最小二乘算法的多站无源定位

将总体最小二乘算法应用于多站无源定位中,分别提出了基于角度估计的总体最小二乘算法,基于时差估计的总体最小二乘算法以及基于角度和时差估计的总体最小二乘算法。算法首先把非线性的观测方程转化为伪线性的观测方程,然后构造增广矩阵,并对该矩阵进行奇异值分解即可估计出目标位置,因此无需迭代计算或者获得目标位置的粗略估计,仿真结果表明该算法具有较高的定位精度。     

色噪声背景下的阵列幅相误差自校正算法

针对色噪声环境下的阵列幅相误差自校正问题,提出一种适合任意阵列的幅相误差自校正算法。该算法首先在每次迭代开始前利用H∞滤波方法得到稳健的DOA估计值,然后给出一种幅相误差最优初始值的估计方法求解出幅相误差的次优解,最后基于交替加权最小二乘算法,分别对幅相误差和噪声功率进行估计。理论和仿真实验均表明该算法不仅迭代次数少,且具有较好的参数估计性能。     

一种新的分布式MIMO雷达系统运动目标定位代数解算法

该文针对分布式MIMO雷达系统中的运动目标定位问题,以双基地距离(BR)及其变化率(BRR)作为观测量,提出一种基于多步加权最小二乘的代数解算法。算法共需要3步加权最小二乘估计。首先,在第1步加权最小二乘估计中,通过选取适当的辅助参数,将非线性的BR和BRR的观测方程进行伪线性化处理,从而得到目标位置和速度的粗略解;而后在后两步加权最小二乘估计中,利用目标位置参数和辅助参数之间的约束关系构建方程,从而得到目标位置和速度的精确估计。最后,推导了算法的理论误差,从理论上证明了算法可以达到克拉美罗界。在仿真实验中,将所提算法与现有算法进行了对比,验证了算法的优越性。