一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及目标定位技术中的一种联合时差测距技 术的多输入单输出系统（multiple input and single output，MIS0)无线电信号高精度目 标定位方法。
【背景技术】
[0002] 多输入单输出无线电系统是在发射端采用辐射非相干波形的多天线阵列，在接收 端采用单根天线。在许多实际应用中，需要让一些小型运动平台（无人机、制导武器等）对 目标进行定位。但这些平台往往体积小，无法放置大孔径的天线阵列，甚至有些只能放置单 根天线，这使得小型运动平台对目标定位的能力受到很大限制。
[0003] 申请号为201310385863. 0的专利公开了一种利用辅助雷达的先验知识确定目标 方位角和距离的方法。该方法在实现过程中需要利用辅助雷达提供的目标距离先验知识， 而目标距离的先验知识有时候得不到，特别是目标瞬间出现并以高速运行时。因此，该方法 具有一定的局限性。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术需要先验知识才能对空中运动目标进行快速定位的缺陷，本发 明提供一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法，针对地面同时固定有大型 阵列的发射站和仅有单根天线的接收站，对空中运动目标的定位。
[0005] 本发明的原理为：利用个数大于等于2的无线电发射机发射非相干信号，利用单 个无线电接收机所接收的目标反射回波来确定目标的方位角，同时通过测定信号经发射 机一目标一接收机的时差来确定目标的距离，将目标的方位角和目标的距离作为目标的估 计位置，实现目标的快速定位。
[0006] 本发明的具体步骤如下：
[0007] S1、设置当前发射机并指定所述当前发射机中的一个发射机为基准发射机，初始 化所需目标定位数据并存入当前接收机内存，其中，所述当前发射机的个数多2,所述当前 接收机个数为1，所述所需目标定位数据为当前发射机的个数、当前发射机的序号、基准发 射机的序号、发射的信号个数、发射信号和接收信号的时域采样周期、当前接收机接收信号 的时域采样的时刻个数、每个时刻当前接收机接收信号的时域采样序列的长度、所需测量 的时差个数，其中，所述所需测量的时差个数为经验值；
[0008] S2、获取Sl所述当前发射机的时域采样序列记第k个当前发射机的时域采样序列 为81<=[8 1<(1)81<(2)*"81<(1)]1'，获取51所述当前接收机的时域采样序列1=|^(1)1(2) …x(M)] T= n Sa(0)+n，其中，S= [Si S2…sK]为当前发射机的时域采样序列构成发射 信号的时域采样矩阵，k = 1，…，K，M为时域采样点数，K为发射阵列中当前发射机的个数， η为信号衰减因子，η = [η(1)η(2)···η(Μ)]τ为高斯白噪声向量；
[0009] S3、确定Sl所述当前发射机的发射阵列的驱动向量a( Θ )，即对 S2所述的S求逆后乘以S2所述x，得到当前发射机的发射阵列的驱动向量
，其中，Θ为目标相对于发射阵列的方位角，λ为发射 信号的波长，d2, d3，…，dK分别为编号为2, 3,…，K的当前发射机相对于编号为1的当前发 射机的距离，j为虚部；
[0010] S4、确定目标相对于发射阵列的方位角，具体为：
[0011] S41、利用最小二乘法得到S3所述a(0)的估计
，其中，Sh为S 的共辄转置；
[0012] S42、将扫描的空域按照角度划分为L个网格点，每个网格点对应的方位角记作 θ 1，θ 2，θ 3,…，θ U计算出每个网格点对应的驱动向量a( Θ i)，其中，1 = 1，2,…，L ;
[0013] S43、找出目标相对发射阵列的方位角
'其中，
[0014] S5、确定目标相对于发射阵列的距离d2，具体如下：
[0015] S51、测定信号经发射机一目标一接收机的时差t τ，则有山+(12= ct τ，其中，c为光 速，山为目标与发射机之间的距离，(12为目标与接收机之间的距离；
[0016] S52、根据公式
计算出目标与接收机的距离， 其中，d。为接收机与发射机之间的距离，β为接收机相对于发射机的方位角。
[0017] 进一步地，Sl所述发射信号为同频非相干信号。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 本发明因发射阵列和接收站均固定于地面且具体位置已知，则可通过接收站所接 收来自于发射阵列的直达波对MISO无线电的系统测量误差进行校正，提高目标的定位精 度；本发明方法原理简单，计算量小，可对运动目标进行实时定位；本发明因对运动目标进 行定位时无需任何先验知识，则实用性较强。本发明方法可广泛应用于通信、雷达、声纳、遥 测、无线电监测与管理等领域。
[0020] 采用同频非相干信号，避免了解相干，使得后续运算相对简单。
【附图说明】
[0021] 图1为MISO无线电系统目标定位示意图。
[0022] 图2为具有5个发射机的MISO系统运动目标定位示意图。
[0023] 图3为t = 1时刻各信号进行时域采样后的图。
[0024] 图4为目标相对于发射阵列的方位角测定图。
[0025] 图5为目标在20个时刻处所估计的位置图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图介绍本发明的【具体实施方式】：
[0027] 如图2所示，本实施方式采用5个发射机为当前发射机，序号分别为1、2、3、4、5。 默认序号为1的发射机为基准发射机，2、3、4、5号发射机相对于1号发射机的距离分别为 0. 75米，1. 5米，2. 25米，3米。各发射机发射同频非相干的信号且发射信号的频率都为 200MHz。时域采样的采样周期为2. 5纳秒，信噪比为5dB，采样长度为128。
[0028] 如图2所示，令目标的初始位置（t = 0时刻）位于发射阵列中点处法线的右侧， 且目标相对于发射阵列的方位角设定为α = 30°和目标相对于发射阵列的距离（以3号 发射机为参考）为l〇km，目标以50m/s从右向左平行于发射阵列的速度运动；系统测定信 号经发射机一目标一接收机的时差的误差在[-0. 5 μ s, 0. 5 μ s]均勾分布；信号衰减因子 η = 〇. 05 ;单天线接收机也位于发射阵列中点处法线的右侧，接收机相对于发射阵列的方 位角β = 45°，接收机相对于发射阵列的距离（以3号发射机为参考）为2km。
[0029] 在本实施方式中，利用这5个发射机发射同频非相干的信号，通过固定在地面的 单天线接收机接收空中目标反射的回波信号，并对接收的回波进行时域采样和信号处理， 估计出目标相对于发射阵列的方位角，同时通过测定信号经发射机一目标一接收机的时 差t τ，利用时差测距技术，估计出目标相对于发射阵列的距离，最终实现对目标准确定位的 目的。
[0030] 步骤1.将无线电发射机的个数K = 5、各发射机本机的序号及基准发射机的序号， 采样的时域，采样周期T = 1秒，各发射机发射信号的频率及