基于雷达传感器网络的仅用多普勒信息定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域中的定位方法，具体涉及一种仅利用目标回波多普勒信 息进行定位技术。
【背景技术】
[0002] 现有的雷达传感器网络，典型如MMO雷达系统，分布式多基雷达系统等采用的目 标位置估计方法一般为到达时（TOA)，到达时差（TDOA)等与时间相关的位置估计方法。但 以上位置估计方法都离不开系统的时间同步，而低成本的实现时间同步是非常困难的。一 种新的定位方法，即仅用多普勒信息定位的方法不需要时间同步而可以直接估计出目标位 置，为低成本的实现高精度定位提供了可能。
[0003] 用多普勒信息定位的方法，如文献[李华.多站差分多普勒定位技术[J].电子对 抗技术，1998, 06:15-22][于振海.多普勒无源定位[D].西安电子科技大学，2007.]等所 述，必须先取得目标的速度信息再对位置解算，或者加入TOA或TDOA信息与多普勒信息一 起估计目标位置。而实际上，目标速度信息（方向、大小）是未知的，在非合作估计时难以 获得；加入TOA等信息实际上已不是仅用多普勒信息定位，仍需要系统时间同步，所以其无 法实现实际有效的仅用多普勒信息定位系统。
[0004] 在发明CN 101561499 B和CN 102004244 B中通过迭代算法仅能获得目标与雷达 的径向距离，无法进行2维平面目标位置的估计。同时，此方法对运动方向在雷达视线上远 离或接近的目标失效。
[0005] 另外，文献[Y. Kalkan and B. Baykal, "Multiple target localization&data association for frequency-only widely separated MIMO radar，"Digital Signal Pr ocessing, vol. 25, pp. 51-61，2014.]中提出了仅用多普勒信息得到目标位置的定位的方法 和多目标处理方法，但这种方法受目标个数和雷达传感器个数影响。当目标个数较多时，对 各目标对应的速度信息的分离，或者，当要求高精度，雷达传感器的个数需要增加时，均会 使得计算复杂度将剧烈增加。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种在计算复杂度不随目标个数和雷达传感 器个数增加而显著增加的，仅用多普勒信息进行多目标二维定位的系统。
[0007] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于雷达传感器网络的仅用多 普勒信息定位系统，包括雷达传感器网络、信息融合中心；
[0008] 所述雷达传感器网络由若干雷达传感器构成；
[0009] 各雷达传感器用于分别发射并接收回波，将接收到的回波信息处理为目标多普勒 速度信息后送至信息融合中心；
[0010] 信息融合中心用于，接收到各雷达传感器的目标多普勒速度信息之后，将目标多 普勒速度信息按目标数进行分离，再根据各目标对应的目标多普勒速度信息确定各目标在 二维空间上的位置；
[0011] 其特征在于，所述雷达传感器网络中各雷达传感器以探测区域的中心为圆心呈环 形分布；
[0012] 所述雷达传感器包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块、通信与控制模 块；
[0013] 信号发射模块用于，生成发射信号并通过天线向空间发射；
[0014] 信号接收模块用于，将接收的回波信号进行正交解调得到复基带信号；
[0015] 信号处理模块用于，根据复基带信号对多普勒频率进行测量得到能区别正负值的 目标多普勒速度信息；
[0016] 通信与控制模块用于，将目标多普勒速度信息送至信息融合中心，控制信号发射 模块生成发射信号；
[0017] 所述信息融合中心包括速度信息矩阵生成模块、多目标分离模块、目标位置估计 丰吴块；
[0018] 速度信息矩阵生成模块用于，接收各雷达传感器的目标多普勒速度信息，所述目 标多普勒速度信息为一个多普勒速度的列向量，多普勒速度的列向量中的目标多普勒速度 按大小排序；对各雷达传感器的目标多普勒速度信息进行校验，当校验出有被滤除的速度 投影为0的目标，则在相应多普勒速度的列向量上进行补0,当校验出有速度投影相同的目 标，则在相应多普勒速度的列向量上补相同速度值；之后，将校正后的多普勒速度的列向量 按雷达传感器的分布顺序顺次排列生成一个速度信息矩阵；
[0019] 多目标分离模块用于，依据一个目标在在雷达传感器网络中顺次分布的雷达传感 器上的速度投影近似于一个正弦波形在速度信息矩阵中分离出各目标对应在各雷达传感 器上的多普勒速度；
[0020] 目标位置估计模块用于，根据各目标对应在各雷达传感器上的多普勒速度确定各 目标在二维空间上的位置。
[0021] 相对于[Y. Kalkan and B. Baykal, "Multiple target localization&data association for frequency-only widely separated MIMO radar, ''Digital Signal Pro cessing, vol. 25, pp. 51-61，2014.]中提出了仅用多普勒信息得到目标位置的定位技术，本 发明基于特殊的雷达传感器分布形状，使得匀速运动的目标速度在这种分布形状下的各包 含了正交解调结构的雷达传感器上的投影值近似一个正弦波形，据此，本发明能更快速地 将各目标对应在不同雷达传感器上的多普勒速度分离出来，其复杂度不会因为目标个数与 雷达传感器的增加而显著增长。
[0022] 另一方面，为了进一步加快定位速度，本发明还提出先缩小定位范围的方案，所述 信息融合中心还包括位置范围确定模块、位置估计列表存储模块；
[0023] 所述位置估计列表存储模块用于，存储雷达传感器网络不同的目标最大正速度与 目标最大负速度所对应的雷达传感器组合下，目标可能的位置范围；
[0024] 所述位置范围确定模块用于，根据分离后各目标对应的目标多普勒速度信息找到 测得目标的最大正速度与最大负速度的雷达传感器，再通过查找位置估计列表存储模块得 到目标可能的位置范围；
[0025] 所述目标位置估计模块用于，根据各目标对应在各雷达传感器上的多普勒速度， 在目标可能的位置范围内确定各目标在二维空间上的位置。
[0026] 本发明的有益效果是，能实现快速的高精度的二维定位。
【附图说明】
[0027] 图1雷达传感器网络天线布置示意图
[0028] 图2雷达传感器组成框图
[0029] 图3传感器与信息融合中心数据网络组成示意图
[0030] 图4雷达传感器方位角示意图
[0031] 图5速度信息矩阵速度值分布示意图
[0032] 图6分离后各目标速度信息向量示意图
[0033] 图7估计范围约束后目标1的估计范围示意图
[0034] 图8估计范围约束后目标2的估计范围示意图
[0035] 图9估计范围约束后目标3的估计范围示意图
[0036] 图10估计范围约束后目标4的估计范围示意图
[0037] 图11目标位置估计示意图
[0038] 图12 1000次随机实验定位误差示意图
【具体实施方式】
[0039] 本发明提出一种基于雷达传感器网络的仅用多普勒信息定位系统，包括一种特定 的雷达传感器网络布置形式以及基于这种分布形式的多目标分离方法、位置估计方法。
[0040] 定位系统两个部分，分别是雷达传感器网络，信息融合中心。雷达传感器网络通过 组网的多个雷达传感器分别发射并接收回波，同时将回波信息处理为目标速度信息（多普 勒速度信息）后传递给信息融合中心。信息融合中心处理多个雷达传感器送达的目标速度 信息，分离多目标并确定各目标位置。
[0041] 此装置的雷达传感器网络布置形式如图1所示。构成装置的雷达传感器网络由若 干个均匀分置于探测区域为中心的圆周上的雷达传感器构成，各雷达传感器从正北方起向 按圆周顺时针排列依次编号递增。其中雷达传感器网络由相似的雷达传感器构成，雷达传 感器结构如图2所示。
[0042] 如图2,雷达传感器单元由四部分组成，均为现有结构：
[0043] 第一部分，信号发射部分。直接数字式频率合成器DDS由控制器控制产生正弦信 号，经过带通滤波器后将正弦信号输入倍频锁相环中进行倍频，倍频信号经过滤除谐波，功 率放大后经天线向空间发射。
[0044] 第二部分，信号接收部分。空间的回波信号经接收，滤波，放大后混频，得