1.一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:包括如下步骤:S1:水下两个目标分别传递信号到设置好的参考传感器和其余四个传感器,根据接收到的信号,通过互相关函数求解出所有时间差;
S2:将所有时间差参数乘以水下声速得到TDOA测量值,并根据除参考传感器外传感器的个数,将TDOA测量值分成四组;
S3:随机从前三组分别取出一个TDOA测量值,用取出的三个测量值构造定位方程并用最大似然估计方法求解出位置估计值S4:从第四组随机取出一个TDOA测量值,并和前面取出的三个TDOA测量值构造定位方程,用最大似然估计方法求解出位置估计值S5:比较位置估计值 和位置估计值 根据 和 的差的范数大小,确定最终的输出位置估计值。
2.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:所述步骤S1中求解出的时间差一共有十六种,具体如下:将水下两个目标分别设定为水下目标1和水下目标2,水下目标1和水下目标2传播至参考传感器的时间分别设定为 和 其中上标表示目标编号1或2,下标表示传感器编号,参考传感器看作传感器0;水下目标1和水下目标2传播至其他四个传感器的时间分别为 和其中i表示传感器编号,且i=1,2,3,4;
十六种时间差组合如下。
3.根据权利要求2所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:所述步骤S2具体为:
1 2
设定水下声波传播的速度为c,水下目标1和水下目标2的位置坐标为u和u ,传感器i的位置坐标为si,参考传感器的位置坐标为s0,将方程(1)乘以声速,得到十六个TDOA测量值,具体如下:
式中, 其中i=1,2,3,4,j,k=1,2;
考虑目标和传感器位置坐标,传感器i和参考传感器获取的一组TDOA测量值如下:除了参考传感器外,参与定位的传感器数目为四个,十六个TDOA测量值被划分为四组,每组的编号为i的取值。
4.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:所述步骤S3中位置估计值 的求解过程为:假设从前三组取出的TDOA测量值为 其中j1,j2,j3,k1,k2,k3=1,2;
令 并构造如下定位方程:
式中x为待求解的位置;
利用最大似然估计方法获取到位置估计值 具体表示为。
5.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:所述步骤S4中位置估计值 的求解过程为:从第四组取出的TDOA测量值为 其中j4,k4=1,2;
令 并构造以下定位方程:
式中y为待求解的位置;
利用最大似然估计方法求解 具体表示为。
6.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:所述步骤S5中最终的输出位置估计值的确定具体如下:如果 和 的差的范数小于设定值,则将位置估计值 作为最终的输出位置估计值,输出两次算法停止,并从前四组删除之前选中的四个TDOA测量值,回到步骤S3;
如果 和 的差的范数不小于设定值,从第四组取出另外的一个TDOA测量值,重复步骤S4,直至第四组的四个TDOA测量值被取完;如果第四组的四个TDOA测量值被取完后,和的差的范数仍然不小于设定值,则将前三组选择的三个TDOA测量值中替换掉一个TDOA测量值,重复步骤S3。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:所述步骤S5中 和 的差的范数比较表达式如下:式中ε是设定值。
8.根据权利要求7所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法,其特征在于:所述ε的值小于1。
9.一种水下双目标定位系统,其特征在于:所述系统包括一个参考传感器、四个传感器、存储器和处理器;
所述一个参考传感器和四个传感器,用于接收双目标传递的信号;
所述存储器,用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令;
所述处理器,用于在运行所述计算机程序指令时,执行权利要求1~8中任一项所述的一种基于到达时间差的水下双目标的定位方法的步骤。