一种基于时差测量的小型无人机信号定位系统及方法与流程

文档序号:24725983发布日期:2021-04-16 16:02阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种基于时差测量的小型无人机信号定位系统,其特征在于:包括分布式基站型电子侦察设备组(1)和定位处理设备(2),分布式基站型电子侦察设备组(1)与定位处理设备(2)通过网络连接;分布式基站型电子侦察设备组(1)接收无人机(3)的测控信号,并对接收的无人机测控信号提取到达时差;定位处理设备通过提取的到达时差完成定位处理和解算工作。2.根据权利要求1所述的基于时差测量的小型无人机信号定位系统,其特征在于:所述基站型电子侦察设备组(1)包含2个电子侦察设备,分别为第一电子侦察设备和第二电子侦察设备,每个第一电子侦察设备和第二电子侦察设备分别包括接收机和cpu板。3.根据权利要求2所述的基于时差测量的小型无人机信号定位系统,其特征在于:同一个基站型电子侦察设备组内,所述两个电子侦察设备的接收机相同,cpu板的组成不同。4.根据权利要求3所述的基于时差测量的小型无人机信号定位系统,其特征在于:所述接收机用于对接收信号进行接收、低噪声功率放大、滤波、a/d变换、数字下变频,将信号转换成零中频的时域iq数据。5.根据权利要求3所述的基于时差测量的小型无人机信号定位系统,其特征在于:所述第一电子侦察设备中,cpu板包含定位参数估计模块和传感器,传感器用于每个基站型电子侦察设备组内第一电子侦察设备和第二电子侦察设备实现精细同步,以及实现基站型电子侦察设备组之间的粗同步;定位参数估计模块根据第一电子侦察设备和第二电子侦察设备接收的同一时段的信号进行定位参数估计,获取到达时间差。6.根据权利要求3所述的基于时差测量的小型无人机信号定位系统,其特征在于:所述对于第二电子侦察设备,cpu板包含传感器,用于实现与第一电子侦察设备的精细同步。7.根据权利要求1

6任意一项所述的基于时差测量的小型无人机信号定位系统的定位方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1、每个基站型电子侦察设备组(1)分别侦收无人机测控信号定位处理设备(2)下发定位指令,其中包含目标信号频率、带宽、工作频段参数,每个基站型电子侦察设备组(1)的两个电子侦察设备同时对目标无人机(3)的测控信号进行接收、低噪声功率放大、滤波、a/d变换、数字下变频处理,转换成零中频的时域iq数据,每个基站型电子侦察设备组(1)中,第二电子侦察设备将iq数据发送至第一电子侦察设备,第一电子侦察设备负责对接收的两组iq数据进行到达时差估算;步骤2、每个基站型电子侦察设备组(1)利用基于互模糊函数的时频差检测算法计算定位参数每个基站型电子侦察设备组(1)中,第一电子侦察设备为参考站,利用互模糊函数将接收到的两路信号进行时差和频差的二维匹配相关处理,搜索峰值所在位置得到tdoa和fdoa估计值,即到达时差和到达频差;步骤3、每个基站型电子侦察设备组(1)将测量时差发送至定位处理设备(2),定位处理设备(2)构建tdoa定位方程组、求解方程,实现目标定位定位处理设备(2)首先利用每个基站型电子侦察设备组(1)在同一时刻发送的到达时间差建立tdoa定位方程,每个基站型电子侦察设备组(1)中,两个电子侦察设备的位置分别表示为s1=[x1,y1,z1]和s2=[x2,y2,z2],待估目标无人机的位置表示为u=[x,y,z],以上位置均采用地心直角坐标系,无人机信号到达两各电子侦察设备的距离差如下:
上式即为tdoa定位方程,i表示侦察组的编号,i=1,2,...,3,c为电磁波在介质中传播的速度,3个基站型电子侦察设备组(1)的定位方程构成定位方程组,假设地球表面一点位置经度为l,纬度为b,高程为h,则在wgs

84椭球模型下,该点的地心直角坐标和大地经纬高坐标的关系为式中,e为椭球的第一偏心率,e2=(a2‑
b2)/a2;a为椭球的长半轴,6378.137km;b为椭球的短半轴6356.752314km;n为椭球的卯酉圈曲率半径,n=a/[1

e2(sinb)2]
1/2
;将无人机的高度值合理估计为h^=300米;假设监测区域的纬度范围是[b1,b2],则监测区域的平均经纬度b^=(b1+b2)/2;利用式4将b^、h^转换为地心直角坐标系,将得到的值作为无人机z坐标的估计值,将时差定位方程组简化为二维方程组,最后求解方程,即可解算出目标位置u=[x,y,z]。8.根据权利要求7所述的定位方法,其特征在于:所述步骤2中,具体的:设无人机(3)测控信号为s(n),任一基站型电子侦察设备组(1)中的第一电子侦察设备和第二电子侦察设备接收信号可表示为式中,μ1和μ2表示信号到两个电子侦察设备的路径增益复系数;k和v分别表示两个电子侦察设备接收信号的时间延迟和多普勒频率差;n1(n)和n2(n)分别为两个电子侦察设备的观测噪声,将两个电子侦察设备接收信号的互模糊函数定义如下式中,f
s
为采样率,n为采样点数a(k,v)达到峰值时,通过k和v可获得到达时间差和到达频率差,设总采样时长为t,则采样点数n=tf
s
,到达时间差τ=k/f
s
和到达频率差f=vf
s

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