一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雙星跟蹤方法、裝置和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雙星跟蹤方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)輻射源輻射的無(wú)線電信號(hào)，估計(jì)輻射源的位置，是大量在軌衛(wèi)星的重要任務(wù) 之一。按照定位體制，星載無(wú)源定位體制可分為測(cè)向定位、時(shí)差定位、頻差定位、時(shí)頻差定 位等；按照參與輻射源定位的衛(wèi)星數(shù)，星載無(wú)源定位體制可分為單星定位系統(tǒng)、雙星定位系 統(tǒng)、三星定位系統(tǒng)及四星定位系統(tǒng)，綜合考慮定位效能及實(shí)現(xiàn)代價(jià)，目前研究較多的是單星 及雙星定位系統(tǒng)。
[0003] 對(duì)于地面靜止（或低速）輻射源的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，目前已有較多的研究成果，但對(duì) 于空中高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的定位跟蹤研究較少。由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的特性，除了關(guān)心目標(biāo)的位置信 息外，還關(guān)心目標(biāo)的速度，有可能的話還希望預(yù)測(cè)目標(biāo)下一步可能的位置及速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上 述問(wèn)題的一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雙星跟蹤方法、裝置和系統(tǒng)。
[0005] 依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雙星跟蹤方法，包括：
[0006] 主星對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向，獲得所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的到達(dá)角（DOA);
[0007] 所述主星根據(jù)自身接收到的所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)x(t)與輔星通過(guò)星間通信 傳遞來(lái)的所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)y(t)，估計(jì)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA)和信號(hào)到達(dá)頻率差 (FDOA)；
[0008] 所述主星根據(jù)所述到達(dá)角、所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差及所述信號(hào)到達(dá)頻率差，采用粒 子濾波算法估計(jì)各個(gè)時(shí)刻所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度。
[0009] 可選地，所述主星對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向，獲得所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的到達(dá)角包 括：
[0010] 所述主星對(duì)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向，得到測(cè)向時(shí)刻k所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方位 角a k和俯仰角錢，根據(jù)所述方位角a k和俯仰角％獲得所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的到達(dá)角（DOA)。
[0011] 可選地，所述主星根據(jù)自身接收到的所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)X (t)與輔星通過(guò) 星間通信傳遞來(lái)的所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)y (t)，估計(jì)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差和信號(hào)到達(dá)頻率差 包括：
[0012] 所述主星接收到的目標(biāo)信號(hào)X (t)，及所述輔星傳遞來(lái)的所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào) y(t)分別用下列公式表示：
[0015] 其中，s(t)為所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，a i為所述主星接收通道的增益，α 2為所 述輔星接收通道的增益，td、fd分別為所述輔星相對(duì)所述主星接收通道的時(shí)間延遲與多普勒 頻率差，111(1:)、112(1:)為互不相關(guān)的尚斯白噪聲；
[0016]令
[0020] 上式中，T為總的采樣時(shí)間，為y% τ⑴的共輒函數(shù)；
[0021] 求取使得Α( τ，f)最大化的τ與f，其中τ為所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA)、f為 所述信號(hào)到達(dá)頻率差（FDOA)。
[0022] 可選地，所述主星根據(jù)所述到達(dá)角、所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差及所述信號(hào)到達(dá)頻率差， 采用粒子濾波算法估計(jì)各個(gè)時(shí)刻所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度包括：
[0023] 步驟Dl :由p(x。）得到N個(gè)采樣粒吁
，其中xD為所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的初始狀態(tài) 估計(jì)矢量，包括所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度變量，P (X。）為所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的初始狀態(tài)分布， 可通過(guò)對(duì)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的先驗(yàn)認(rèn)識(shí)估計(jì)，xl；1稱為粒子，為由POO采樣得到的第i個(gè)狀態(tài) 估計(jì)矢量；
[0024] 步驟D2 :計(jì)算權(quán)值
其中 為時(shí)刻k粒子i的權(quán)值，^為所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在時(shí)刻k的量測(cè)矢量，采用所述TD0A、FD0A、D0A 量測(cè)，即y, ，:其中tdk，fdk分別為k時(shí)刻測(cè)得的所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差、信號(hào) 到達(dá)頻率差，為k時(shí)刻生成的第i個(gè)粒子
1產(chǎn)生^的概率；k時(shí)刻狀態(tài) 量的估計(jì)為
[0025] 步驟D3 :對(duì)粒子進(jìn)行重采樣，使其滿足
[0026] 步驟D4 :根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)產(chǎn)生新的粒子A1;
[0027] 步驟D5 :重復(fù)步驟D2至步驟D4,直至所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)消失或到達(dá)跟蹤時(shí)限。
[0028] 依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雙星跟蹤裝置，包括：
[0029] 到達(dá)角獲取單元，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向，獲得所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的到達(dá)角 (DOA);
[0030] 時(shí)間差和頻率差估計(jì)單元，用于根據(jù)分別獲得的兩路所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào) x(t)和y(t)，估計(jì)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA)和信號(hào)到達(dá)頻率差（FDOA);
[0031] 位置和速度估計(jì)單元，用于根據(jù)所述到達(dá)角、所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差及所述信號(hào)到 達(dá)頻率差，采用粒子濾波算法估計(jì)各個(gè)時(shí)刻所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度。
[0032] 可選地，所述到達(dá)角獲取單元，具體用于對(duì)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向，得到測(cè) 向時(shí)刻k所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方位角α ,和俯仰角務(wù)，根據(jù)所述方位角a k和俯仰角終:獲得所 述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的到達(dá)角（DOA)。
[0033] 可選地，所述時(shí)間差和頻率差估計(jì)單元包括：
[0034] 目標(biāo)信號(hào)獲取模塊，用于分別獲取兩路所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)X (t)和y (t)，所 述x(t)和y(t)分別用下列公式表示：
[0037] 其中，s(t)為所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，a i為所述主星接收通道的增益，α 2為所 述輔星接收通道的增益，td、fd分別為所述輔星相對(duì)所述主星接收通道的時(shí)間延遲與多普勒 頻率差，11 1(1:)、112(1:)為互不相關(guān)的尚斯白噪聲；
[0038] 互模糊函數(shù)求解模塊，用于令
[0042] 上式中，T為總的采樣時(shí)間，??)為y% τ⑴的共輒函數(shù)；
[0043] 時(shí)間差和頻率差估計(jì)模塊，用于求取使得目標(biāo)信號(hào)x(t)和y(t)的互模糊函數(shù) A(i，f)最大化的τ與f，其中τ為所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA)、f為所述信號(hào)到達(dá)頻率 差（FDOA)。
[0044] 可選地，所述位置和速度估計(jì)單元包括：
[0045] 初始粒子獲取模塊，用于p (X。）得到N個(gè)采樣粒子 其中&為所述運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)的初始狀態(tài)估計(jì)矢量，包括所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度變量，P (X。）為所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的初 始狀態(tài)分布，可通過(guò)對(duì)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的先驗(yàn)認(rèn)識(shí)估計(jì)，稱為粒子，為由pOO采樣得到的 第i個(gè)狀態(tài)估計(jì)矢量；
[0046] 權(quán)值計(jì)算模塊，連接所述初始粒子獲取模塊，用于計(jì)算權(quán)值
并對(duì) 其歸一化，即
；中#為時(shí)刻k粒子i的權(quán)值，yk為所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在時(shí) 刻k的量測(cè)矢量，采用所述TDOA、FDOA、DOA量測(cè)，即
為k時(shí)刻測(cè)得的所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差、信號(hào)到達(dá)頻率差，Xp為1^時(shí)刻生成的第1個(gè)粒子，
7』勺概率；k時(shí)刻狀態(tài)量的估計(jì)為
[0047] 重采樣模塊，連接所述權(quán)值計(jì)算模塊，用于對(duì)粒子進(jìn)行重采樣，使其滿足
[0048] 新粒子獲取模塊，連接所述重采樣模塊，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù) 產(chǎn)生新的粒子Wi1;
[0049] 控制模塊，連接所述權(quán)值計(jì)算模塊，用于控制所述權(quán)值計(jì)算模塊、所述重采樣模塊 和所述新粒子獲取模塊之間的計(jì)算循環(huán)，直至所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)消失或到達(dá)跟蹤時(shí)限。
[0050] 可選地，所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雙星跟蹤裝置設(shè)置在主星上，所述主星截獲所述運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)獲取所述目標(biāo)信號(hào)X (t)，所述主星通過(guò)星間通信獲得輔星截獲所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 的目標(biāo)信號(hào)y(t)。
[0051] 依據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雙星跟蹤系統(tǒng)，包括主星和輔 星，所述主星和所述輔星分別截獲所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)，其特征在于，
[0052] 所述主星對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向，獲得所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的到達(dá)角（DOA);
[0053] 所述主星根據(jù)自身接收到的所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)x(t)與所述輔星通過(guò)星間 通信傳遞來(lái)的所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的目標(biāo)信號(hào)y(t)，估計(jì)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA)和信號(hào)到達(dá)頻 率差（FDOA);
[0054] 所述主星根據(jù)所述到達(dá)角、所述信號(hào)到達(dá)時(shí)間差及所述信號(hào)到達(dá)頻率差，采用粒 子濾波算法估計(jì)各個(gè)時(shí)刻所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度。
[0055] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的技術(shù)方案，采用主星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向，獲得 DOA ;輔星將接收到的目標(biāo)信號(hào)通過(guò)星間通信傳至主星，主星根據(jù)自身接收到的目標(biāo)信號(hào)與 輔星傳來(lái)的目標(biāo)信號(hào)估計(jì)TD0A、FD0A ;之后主星根據(jù)TD0A、FD0A、D0A量測(cè)，采用粒子濾波算 法估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置與速度的準(zhǔn)確估計(jì)。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空中高速運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)的定位跟蹤，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度，還能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法達(dá)到的對(duì)動(dòng)目標(biāo) 位置、速度狀態(tài)量的遞推估計(jì)，并且在結(jié)果的精度上也有顯著的提高。
[0056] 上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說(shuō)明】
[0057] 通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明 的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同