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专利号: 2023102793350
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于粒子滤波的5G外辐射源雷达低空目标定位方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、收发站间信号同步:通过光纤信道实现所有参与定位的收发站间信号的高精度时间同步;

S2、回波信号处理:外辐射源雷达系统信号接收端采用参考信道和监测信道分别接收直达波和目标回波信号,对接收信号进行处理得到直达波与目标回波时间差;

S3、目标状态转移模型与量测模型的建立:以k时刻待测目标位置坐标为状态量,k时刻参与定位的5G基站与收发站之间伪距误差Δρi,k为量测值,构造待测目标的状态转移模型与量测模型;

S4、粒子初始化:构造由粒子状态与粒子权值组成的N个粒子的集合并进行粒子初始化;

S5、目标与收发站间伪距误差的计算:采用到达时间差定位方法,由经回波信号处理得到的直达波与目标回波时间差计算收发站与待测目标间的伪距信息,结合目标估计位置计算伪距误差;

S6、粒子权值更新:由获得的量测数据集对生成粒子的权值进行更新并计算经过归一化后的粒子权值;

S7、粒子重采样:用有效粒子数描述粒子的匮乏程度并与门限粒子数比较,若小于门限粒子数则对粒子进行重采样,否则结束循环;

S8、目标状态提取:从粒子集中提取目标状态,得到经定位优化后的低空目标位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的5G外辐射源雷达低空目标定位方法,其特征在于:所述S3包括设目标在第k时刻的状态为xk,则其状态转移模型表示为:xk=fk(xk‑1)+vk,

其中,fk(.)表示第k时刻的状态转移函数,vk表示运动过程噪声;目标在第k时刻对应的量测模型表达式为:zk=hk(xk)+wk,

其中,hk(.)表示第k时刻的量测函数,wk表示量测噪声,取k时刻目标Pu的位置坐标xk=T[xu,k,yu,k,zu,k]为状态量,其中xu,k,yu,k,zu,k为第k时刻待测目标的空间坐标点;

取第k时刻参与定位的5G基站与第i组收发站之间的伪距误差数据集为量测值,其中Nsta为第k时刻参与定位的基站数量,Δρi,k为第k时刻参与定位的5G基站与第i组收发站之间的伪距误差;

从观测开始时刻到第k时刻为止,待测目标状态集合为X1:k={x1,x2,…,xk},量测值集合为Zk={z1,z2,…,zk}。

3.根据权利要求2所述的一种基于粒子滤波的5G外辐射源雷达低空目标定位方法,其特征在于:所述S4具体包括,构造含有N个粒子的集合并对其进行初始化 其中表示第i个粒子在初始时刻的状态, 为该粒子此时的权值,表示如下:

4.根据权利要求3所述的一种基于粒子滤波的5G外辐射源雷达低空目标定位方法,其特征在于:所述S5包括在第k时刻,外辐射源雷达定位系统由参与定位的Nsta个5G基站和一个接收站组成,具体包括以下步骤:S51、以k时刻待测目标位置坐标为状态量,k时刻参与定位的5G基站与第i组收发站之间伪距误差Δρi,k为量测值进行建模:设在第k时刻,参与定位的5G基站位置坐标分别为其与目标间伪距分别为接收站位置坐标为Pr(xr,yr,zr),其与目标间伪距为lr,k,则参与定位的5G基站与接收站的伪距之和可表示为:ρi,k=li,k+lr,k i=1,2,…,Nsta;

S52、构造待测目标的状态转移模型:基站与接收站间的距离分别为 待测目标位置坐标为Pu(xu,k,yu,k,zu,k),由回波信号处理得到直达波与目标回波时间差分别为 光速用c表示,根据关系式Δτi,k×c=ρi,k‑dii=1,2,…,Nsta,k时刻待测参与定位的5G基站与接收站之间的伪距之和可表示为:ρi,k=Δτi,k×c+dii=1,2,…,Nsta;

S53、构造待测目标的量测模型:由于量测噪声的存在,根据空间位置几何关系会得到多个可能的目标位置,对得到的所有可能目标位置坐标值取平均作为初始目标估计位置,则在目标估计位置 处参与定位的5G基站与接收站之间的伪距之和表示为:

则伪距误差表示为:

S54、输出第k时刻的伪距误差量测集:最终得到第k时刻由多站测得的伪距误差量测数据集为:

5.根据权利要求4所述的一种基于粒子滤波的5G外辐射源雷达低空目标定位方法,其特征在于:所述S6具体包括由获得的量测数据集 对生成粒子的权值进行更新,表示如下:

其中, 为似然函数, 为重要密度函数, 为先验密度函数,若重要密度函数 与先验密度函数 相等,则粒子权值表示为:在低空环境下,假设各站与目标之间伪距误差彼此独立,则似然函数表示为:那么,粒子权值表示为:

归一化后的粒子权值表示为:

6.根据权利要求5所述的一种基于粒子滤波的5G外辐射源雷达低空目标定位方法,其特征在于:所述S7包括使用有效粒子数作为一个指标对粒子的匮乏程度进行描述,其估计值表示为:门限粒子数估计值表示为:

若Neff<Nth,则对粒子进行重采样,否则记录有效粒子集,令

7.根据权利要求6所述的一种基于粒子滤波的5G外辐射源雷达低空目标定位方法,其T特征在于:所述S8包括由式 提取目标状态xk=[xu,k,yu,k,zu,k] ,得到经定位优化后的低空目标位置Pu(xu,k,yu,k,zu,k)坐标,重复该过程直到目标轨迹结束。