目標(biāo)定位研究的技術(shù)和方法

郭秀珍+趙春+雷兵+趙永軍

摘要：目前基于傳感器陣列的目標(biāo)源定位技術(shù)主要包含基于最大輸出功率的可控波束形成目標(biāo)源定位技術(shù)、基于高分辨率譜估計的目標(biāo)源定位技術(shù)、基于到達時間差（TDOA）的目標(biāo)源定位技術(shù)?；诘竭_時間差的定位技術(shù)，利用到達陣列上各傳感器的目標(biāo)源信號間的時間差來確定目標(biāo)源位置，這類技術(shù)計算量小，比較適用于實時處理，在實際應(yīng)用中占有很大的比重。

關(guān)鍵詞：傳感器陣列、目標(biāo)源定位、基于時延估計

1.1 基于最大輸出功率的可控波束形成定位技術(shù)

基于最大輸出功率的可控波束形成目標(biāo)源定位技術(shù)的主要思路是：將陣列中各個傳感器所采集到的目標(biāo)源信號進行濾波、求加權(quán)，使其形成波束，并且調(diào)節(jié)各個陣列的接收方向，同時掃描整個接收空間，波束輸出功率最大的點就是目標(biāo)源的位置。

相比之下，現(xiàn)代的波束形成器更占優(yōu)勢?；诳煽夭ㄊ纬傻亩ㄎ凰惴ㄖ饕舆t累加波束算法和自適應(yīng)波束算法。

此方法除了一步完成定位以外還可以對不相關(guān)的噪聲有抑制作用，還具有最大似然意義上的最優(yōu)。

1.2 基于高分辨率譜估計的目標(biāo)源定位技術(shù)

高分辨率譜估計技術(shù)是通過信號相關(guān)矩陣的空間譜，求出陣列中各個傳感器之間的相應(yīng)矩陣來確定方向角和目標(biāo)源位置的。

在均勻線陣列的情況下有：

1.3 基于時延估計的目標(biāo)源定位技術(shù)

基于時延估計定位技術(shù)在諸多的傳感器陣列目標(biāo)源定位中脫穎而出。由于它的定位方法精度比較高、計算量比較小，所以廣泛應(yīng)用于實際測量中。

該方法分為兩個步驟：

第一步，對目標(biāo)源到達陣列中各個傳感器的時間進行時延估計（Time Delay Estimation，TDE）。

第二步，確定目標(biāo)源位置。

一、角度距離定位法

在一些傳感器數(shù)較少、擺放比較固定的情況下，傳感器陣列的目標(biāo)源定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就相對簡單一些。圖2-2所示結(jié)構(gòu)就是一種典型的傳感器陣列結(jié)構(gòu)。

其結(jié)果為：

二、球形插值法

推導(dǎo)過程如下：

圖2-3給出傳感器mi和mj目標(biāo)源S的幾何關(guān)系。

由矢量幾何和三角形三邊關(guān)系[42]可得

將上式展開并整理得

實際上式（2-17）不為零，誤差為

假設(shè)有M個傳感器，記為（0，1，...，M-1），第（1，...，M-1）個傳感器與第0個傳感器之間的距離差對應(yīng)著M-1個方程，它們的矩陣形式為

三、線性插值法

線性插值法的基本傳感器擺放如圖2-4所示。

圖中傳感器mj1和mj2的連線與傳感器mj3和mj4的連線相互垂直平分，原點為mj，當(dāng)目標(biāo)源離傳感器比較遠的時候，根據(jù)公式 可得，

其中面dmj1mj2是目標(biāo)源到傳感器mj1和mj2的距離差（等于時延乘以傳播速度），dmj3mj4是目標(biāo)源到傳感器mj3和mj4距離差，Dmj1mj2傳感器mj1和mj2間的距離，Dmj3mj4是傳感器mj3和mj4間的距離。由空間解析幾何可知，目標(biāo)源就在由角αj和速離角βj唯一確定的直線Lj上。

目標(biāo)源的定位需要通過線性插值法來實現(xiàn)。

綜上所述，在這幾種定位方法中，基于到達時間差的目標(biāo)源定位方法應(yīng)用比較廣泛，精度較高。

參考文獻：

[1]邱天爽，王宏禹，幾種基本時間延遲估計方法及其相互關(guān)系，大連理工大學(xué)學(xué)報，1996，36（4）：493～497

[2]張元，陳慶生，吳喜錄.被動聲定位系統(tǒng)的計算機仿真[J].現(xiàn)代引信，1996（1）：47～50

作者簡介：郭秀珍（1982.02-），女，蒙族，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，講師，碩士，主要從事機電一體化研究

趙春（1982.01-），女，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，講師，碩士，主要從事機電一體化研究

趙永軍（1979.12～）男，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，工程師，主要從事計算機、電子設(shè)備研究

通訊作者：雷兵（1980.10～）男，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，工程師，碩士，主要從事機電一體化，虛擬技術(shù)，電氣工程及自動化研究endprint