• <tr id="yyy80"></tr>
  • <sup id="yyy80"></sup>
  • <tfoot id="yyy80"><noscript id="yyy80"></noscript></tfoot>
  • 99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

    一種最大似然網(wǎng)格搜索衛(wèi)星FDOA輻射源定位算法

    2014-05-12 01:46:48張更新
    關(guān)鍵詞:輻射源網(wǎng)格化向量

    張 威,吳 佟,張更新

    (1.解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院,江蘇南京210007;2.總參信息化部駐714軍代室,江蘇南京210016)

    0 引言

    隨著衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展,衛(wèi)星通信面臨的電磁環(huán)境日益惡化,難以避免受到各種輻射源有意或無(wú)意的干擾,因此對(duì)輻射源進(jìn)行準(zhǔn)確地?zé)o源定位以采取有效的針對(duì)措施有著重要的意義?,F(xiàn)有衛(wèi)星輻射源定位體制中,采用多顆衛(wèi)星接收地面輻射源信號(hào)到達(dá)時(shí)差(TDOA,Time Difference of Arrival)進(jìn)行定位的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟,主要的算法有平面相交[1-2]、球面相交[3]、球面內(nèi)插[4]、泰勒級(jí)數(shù)[5]、最小二乘[6-7]和粒子濾波[8-9],相應(yīng)的算法已經(jīng)投入到實(shí)際應(yīng)用;而基于信號(hào)到達(dá)頻差(Frequency Difference of Arrival,F(xiàn)DOA)的定位方程較為復(fù)雜,但隨著定位參數(shù)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,F(xiàn)DOA定位技術(shù)成為目前衛(wèi)星無(wú)源定位技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。

    FDOA定位方程組一般具有非線(xiàn)性的特點(diǎn),難以給出其解析解,而采用迭代算法對(duì)其求解則需要設(shè)置初始位置。基于網(wǎng)格的最大似然算法并不直接求解FDOA的定位方程,而是將輻射源可能存在的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,將劃分所得的網(wǎng)格點(diǎn)位置的FDOA參數(shù)與測(cè)量所得參數(shù)進(jìn)行匹配,并將匹配誤差最小的網(wǎng)格點(diǎn)作為下次搜索的區(qū)域中心,縮小搜索區(qū)域,再次進(jìn)行網(wǎng)格劃分搜索和匹配,直到得到滿(mǎn)足誤差門(mén)限的網(wǎng)格點(diǎn)為止,并將此網(wǎng)格點(diǎn)作為最終的輻射源估計(jì)位置。網(wǎng)格搜索算法是針對(duì)實(shí)際問(wèn)題求解非線(xiàn)性方程的一種有效方法,具有算法過(guò)程簡(jiǎn)單、精度高和頑健性強(qiáng)等特性。

    1 FDOA定位方程

    設(shè)輻射源在ECEF(Earth Centered Earth Fixed)坐標(biāo)系下的位置矢量為,由于衛(wèi)星的星歷已知,可以計(jì)算出各衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系下的位置矢量為,速度矢量為,i=1,…,M,M為觀(guān)測(cè)衛(wèi)星的數(shù)目。則輻射源信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星的多普勒頻移如式(1)所示:

    式中,fc為輻射源信號(hào)載波頻率,c為信號(hào)傳播速度,假設(shè)地球半徑為R,將地球面的約束條件引入FDOA定位方程組,則定位方程如式(2)所示,ΔF1i為FDOA參數(shù),ΔF1i=Δfi-Δf1。

    2 算法描述

    由式(2)可知頻差的方程如式(3)所示:

    將所有的FDOA測(cè)量值ΔF1i組成測(cè)量向量,如式(4)所示:

    則地球面約束的FDOA最大似然網(wǎng)格位置所搜方程如式(5)所示:

    式中,ML表示最大似然搜索解,D為搜索的范圍,為將搜索的位置向量代入式(3)所得的FDOA向量,arg表示取變量,這里變量為。式(5)的基本含義是搜索范圍D內(nèi)的所有點(diǎn),搜索使得最小的位置向量作為最終目標(biāo)位置。為了使對(duì)范圍D的搜索可實(shí)現(xiàn),必須在范圍D內(nèi)取有限的點(diǎn)進(jìn)行搜索,這里采用網(wǎng)格化的取點(diǎn)方法,具體方法如下。

    為了優(yōu)化搜索范圍,減少搜索點(diǎn)數(shù),加快搜索收斂的速度,本文采用一種分步搜索的方法。

    第一步,確定初始搜索范圍D0,如式(6)所示:

    式中,λ與φ分別為地球表面的經(jīng)度與緯度,λ1與λ2分別為觀(guān)測(cè)衛(wèi)星共視區(qū)在地球面的經(jīng)度的最小與最大值,φ1與φ2分別為共視區(qū)緯度的最小與最大值。對(duì)初始搜索范圍D0進(jìn)行基于經(jīng)度和緯度的N等分割網(wǎng)格化,形成N2網(wǎng)格,則共有N+()12經(jīng)緯度網(wǎng)格點(diǎn)。當(dāng)取N=10時(shí),搜索范圍D0的網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖1所示。將此網(wǎng)格點(diǎn)代入式(5),搜索與測(cè)量FDOA向量誤差值最小的網(wǎng)格點(diǎn),設(shè)此點(diǎn)為K1。

    圖1 將初始搜索范圍N等分割網(wǎng)格化示意圖(N=10)

    第二步,以K1為基準(zhǔn)點(diǎn),建立新的搜索范圍D1,這里D1滿(mǎn)足式(7)所示關(guān)系:

    式中,λd與φd分別取D0中每個(gè)網(wǎng)格的經(jīng)度與維度跨度的2倍。然后搜索范圍D1進(jìn)行基于經(jīng)度和緯度的N等分割網(wǎng)格化,這里取N=10,對(duì)分割后的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行再次搜索,得到與測(cè)量FDOA向量誤差值最小的網(wǎng)格點(diǎn)K2。如此進(jìn)行L步,直到搜索結(jié)果處FDOA向量與實(shí)際測(cè)量FDOA向量的誤差值小于規(guī)定門(mén)限時(shí),將此時(shí)的搜索結(jié)果作為輻射源的最終估計(jì)位置。

    3 均方根定位誤差與克拉美羅下限

    為了能更好的評(píng)價(jià)算法性能,引入2個(gè)概念,分別為均方根定位誤差(Root Mean Square Error,RMSE)與FDOA定位算法的克拉美羅下限[10-12](Cramér-Rao Lower Bound,CRLB),表達(dá)式如式(8)和式(9)所示:

    式(10)中,JFDOA為FDOA定位算法的Fisher信息矩陣,如式(11)所示:

    式中,

    式中,F(xiàn)是與約束有關(guān)的未知參數(shù)的梯度矩陣,當(dāng)F為零向量時(shí),式(14)退化為式(10),對(duì)于有地球約束的FDOA定位,,CRLB是任何無(wú)偏參數(shù)估計(jì)均方根誤差的下限。

    5 算法性能仿真分析

    為便于仿真,選取3顆高軌觀(guān)測(cè)衛(wèi)星的星歷如表1所示,輻射源位于廣州(東經(jīng)113.3°、北緯23.1°和高程0km),地面接收站位于北京(東經(jīng)116.4°、北緯39.9°和高程0km),設(shè)FDOA測(cè)量時(shí)刻為1Jul 2011 12:00:00.000,則經(jīng)過(guò)計(jì)算可得,衛(wèi)星、輻射源及地面接收站該時(shí)刻在ECEF坐標(biāo)系中的位置矢量如表2所示,衛(wèi)星的速度矢量如表3所示。

    表1 4顆觀(guān)測(cè)衛(wèi)星的星歷(1 Jul 2011 12:00:00.000)

    表2 FDOA測(cè)量時(shí)刻衛(wèi)星、輻射源及地面接收站在ECEF坐標(biāo)系下的位置矢量

    表3 FDOA測(cè)量時(shí)刻衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系下的速度矢量

    表4列出了FDOA測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差σ分別為10-4Hz、10-3Hz、10-2Hz、10-1Hz及1Hz時(shí),基于網(wǎng)格搜索的最大似然算法的RMSE。其中,RMSE均為5000次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,網(wǎng)格搜索算法每次進(jìn)行10等分割網(wǎng)格化,搜索結(jié)果處FDOA向量值與實(shí)際測(cè)量FDOA向量值的誤差值小于10-7Hz時(shí)停止搜索。圖2給出了基于網(wǎng)格搜索的最大似然算法與CRLB曲線(xiàn)的比較。

    表4σ不同取值情況下各算法的RMSE/km

    圖2 基于網(wǎng)格搜索的最大似然算法與CRLB曲線(xiàn)比較圖

    由表4及圖2可見(jiàn),基于網(wǎng)格搜索的最大似然算法在所給的FDOA測(cè)量誤差情況下都能較好的接近克拉美羅下限。仿真結(jié)果中FDOA測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差σ較低時(shí)網(wǎng)格搜索算法的RMSE與CRLB之間的偏離較大,總結(jié)其主要原因?yàn)榉抡嬷幸恍┕潭▍?shù)的選取誤差,如地球半徑、地球橢圓偏心率、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換中的春分點(diǎn)角等參數(shù)的選取誤差,隨著測(cè)量誤差的增大,這些參數(shù)選取誤差的影響越來(lái)越小。

    6 結(jié)束語(yǔ)

    針對(duì)FDOA定位方程的非線(xiàn)性,求解過(guò)程較為復(fù)雜的特點(diǎn),首先針對(duì)FDOA定位方程組進(jìn)行了分析,然后詳細(xì)研究了其基于網(wǎng)格的最大似然算法的求解過(guò)程,并推導(dǎo)了其克拉美羅下線(xiàn)。經(jīng)過(guò)理論和仿真分析,獲得了如下結(jié)論:該算法求解過(guò)程較為簡(jiǎn)便,收斂速度較快,能夠有效地逼近CRLB,是最優(yōu)的定位估計(jì)器,可以用于實(shí)際工程,為研究FDOA定位的相關(guān)人員提供一定的參考。

    [1]SCHMIDT R.A New Approach to Geometry of Range Difference Location[J].IEEE Trans Aerospace Electron,1972,8(11):821-835.

    [2]SCHMIDT R.Least Square Range Difference Location[J].IEEE Trans Aerospace and Electronic Systems,1996,32(1):234-242.

    [3]SHAU H C,ROBINSON A Z.Passive Source Localization Employing Intersecting Spherical Surfaces From Time-of-arrival Differences[J].IEEE Trans on ASSP,1987,35(8):1123-1225.

    [4]SMITH J O,ABEL J S.Closed-form Least-squares Source Location Estimation from Range-difference Measurements[J].IEEE Trans on ASSP,1987,35(12):1661-1669.

    [5]FOY W K.Position-location Solutions by Taylor-series Estimation[J].IEEE Trans Aerospace and Electronic Systems 1976,12(2):187-194.

    [6]CHAN Y T,HO K C.A Simple and Efficient Estimator for Hyperbolic Location[J].IEEE Trans Signal Processing,1994,42(8):1905-1915.

    [7]HO K C,CHAN Y T.Geolocation of a Known Altitude Object from TDOA and FDOA Measurements[J].IEEE Trans Aerospace and Electronic Systems,1997,33(3):770-783.

    [8]GUSTAFSSON F.Positioning Using Time-difference of Arrival Measurements[C]//Proc.IEEE Conf Acoustics,Speech and Signal Processing(ICASSP),Hong Kong,China,2003:553-556.

    [9]GUSTAFSSON F,BERGMAN N,F(xiàn)ORSSELL,et al.Particle Filter for Positioning,Navigation,and Tracking[J].IEEE Trans Signal Processing,2002,50(2):425-437.

    [10]GORMAN J D,HERO A O.Lower Bounds on Parametric Estimators with Constraints[C]//4th ASPP Workshop Spectrum Estimation Modeling,Minneapolis,MN,1988:223-228.

    [11]GORMAN J D,HERO A O.Lower Bounds for Parametric Estimation with Constraints[J].IEEE Transactions on Information Theory,1990,26(6):1285-1301.

    [12]MARZETTA T L.A Simple Derivation of the Constrained Multiple Parameter Cramér-Rao Bound[J].IEEE Transactions on Acoustics,1993,41(6):2247-2249.

    猜你喜歡
    輻射源網(wǎng)格化向量
    向量的分解
    以黨建網(wǎng)格化探索“戶(hù)長(zhǎng)制”治理新路子
    奮斗(2021年9期)2021-10-25 05:53:02
    聚焦“向量與三角”創(chuàng)新題
    基于博弈論的GRA-TOPSIS輻射源威脅評(píng)估方法
    數(shù)字電視外輻射源雷達(dá)多旋翼無(wú)人機(jī)微多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究
    外輻射源雷達(dá)直升機(jī)旋翼參數(shù)估計(jì)方法
    城市大氣污染防治網(wǎng)格化管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    基于遷移成分分析的雷達(dá)輻射源識(shí)別方法研究
    化解難題,力促環(huán)境監(jiān)管網(wǎng)格化見(jiàn)實(shí)效
    向量垂直在解析幾何中的應(yīng)用
    合阳县| 左云县| 南京市| 云霄县| 宜良县| 溧水县| 曲周县| 苍山县| 龙川县| 扎兰屯市| 台东县| 绍兴县| 衢州市| 略阳县| 上蔡县| 敦化市| 辽阳市| 南开区| 外汇| 专栏| 华安县| 区。| 托克托县| 时尚| 灵武市| 碌曲县| 肥东县| 泾阳县| 霍城县| 教育| 台山市| 崇义县| 江北区| 鲜城| 潼南县| 喀什市| 茌平县| 综艺| 稷山县| 惠来县| 车险|