1.一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,包括以下步骤:①椭圆定位模型并建立坐标系:在多输入多输出(MIMO)雷达系统中建立一个平面坐标系作为参考坐标系;设定该系统中存在M个用于发射信号的发射机且其真实位置是未知的(1≤i≤M),其中第i个发射机在参考坐标系中的位置记为ti,N个用于接收信号的接收机,其真实位置已知或者已知其带有测量误差的位置(1≤j≤N),并将其第j个发射机在参考坐标系中的位置记为sj,且设定发射机和接收机时钟同步,另外存在一个未知其真实位置的o
目标,将其在参考坐标系下的位置记为u;
②获取两条路径距离的测量值:将第i个发射机发射的信号经过目标反射后被第j个接收机接收的时间记为τr,ij,计算第i个发射机到目标和目标到第j个接收机之间的距离之和的测量值,rij=τr,ij×c;将第i个发射机发射的信号直接被接收机接收的时间记为τd,ij,计算第i个发射机到第j个接收机之间的距离的测量值,dij=τd,ij×c;
③将测量值和噪声用相量表示:将测量的距离测量值以模型方式进行描述,将rij的模型表示为: 将所有间接路径距离的测量值和噪声写成向量T T
的形式,r=[r11,…,r1N,…,rM1,…,rMN] ,εr=[εr,11,...,εr,1N,…,εr,M1,…,εr,MN] ,假设εr服从均值为0,协方差为Qr的高斯分布;将dj的模型表示为: 将所有直T
接路径的测量值表示成向量的形式,d=[d11,…,d1N,…,dM1,…,dMN] ,εd=[εd,11,...,T
εd,1N,…,εd,M1,...,εd,MN] ,假设εd服从均值为0,协方差为Qd的高斯分布;将间接路径的测量噪声和直接路径的测量噪声用向量的形式表示, 假设ε服从均值为0,协方差为Q的高斯分布。
④对模型进行数学处理:首先令 对间接路径模型rij变换为然后对其两边平方后再代入 可得:对直接
路径模型 进行两边平方后再代入 可得:⑤构建带有约束的最小二乘问题:根据直接路径和间接路径模型可以得下面约束优化问题:
s.t.ρi=||u‑ti||2
yMk+k+1=||u||
2
yMk+k+1+i=||ti|| ,i=1,…,M||u‑ti||≤ρi,i=1,…,M其中min表示“最小化”,s.t.表示“受约束于”, Σ=T T
BQB+DQsD,
T
ri=[ri,1,ri,2,…,ri,N] ,i=1,…,M,B=diag(Br,Bd),Bd=diag(Bd,1 ,Bd,2 ,… ,Bd ,M) ,T
⑥形成混合半正定/二阶锥规划问题:令Y=yy ,并且使用半正定松弛技术将上述优化问题松弛为下面凸的混合半正定/二阶锥规划问题:s.t.yMk+k+1=tr{Y1:k,1:k}yMk+k+1+i=tr{Yik+1:ik+k,ik+1:ik+k},i=1,...,MY(Mk+k+M+1+i,Mk+k+M+1+i)=tr{Y1:k,1:k}‑2tr{Y1:k,ik+1:ik+k}+tr{Yik+1:ik+k,ik+1:ik+k},i=1,...,M
yMk+k+2M+1+i=YMk+k+M+1+i,Mk+k+M+1+i,i=1,...,M||y1:k‑yik+1:ik+k||≤yMk+k+M+1+i,i=1,…,M||Y1:k,Mk+k+M+1+i‑Yik+1:ik+k,Mk+k+M+1+i||≤YMk+k+M+1+i,Mk+k+M+1+i,i=1,…,M其中,
⑦求解混合半正定/二阶锥规划问题:采用内点法求解混合半正定/二阶锥规划问题,记目标位置的最优解为 发射机位置的最优解为 因此有
2.根据权利要求1所述的一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,所述o
步骤①中,M个位置未知的发射机发射信号,经过一个目标u反射以后,被N个已知其位置的接收机接收,此路径被称为反射路径;此外这M个位置未知发射机发射的信号也可以直接被接收机接收,此路径被称为直射路径。
3.根据权利要求1所述的一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,所述步骤②中,根据接收机记录的接收信号的时间戳便可计算信号的飞行时间,进而可以计算出直接路径和反射路径的测量距离。
4.根据权利要求1所述的一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,所述步骤③中,向量r表示所有反射路径的测量值,其对应的测量噪声的向量为εr表示;向量d表示所有直射路径的测量值,其对应的测量噪声向量用εd表示。
5.根据权利要求1所述的一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,所述步骤④中, 是引入的辅助变量,方便对测量模型处理以及有助于后文添加约束形成较紧的混合半正定/二阶锥规划问题。
6.根据权利要求1所述的一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,所述步骤⑤中,通过对于模型的数学处理转化形成了带有约束的加权最小二乘问题,这为下一步使用半正定松弛技术形成半正定规划问题奠定基础。
7.根据权利要求1所述的一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,所述T
步骤⑥中,通过引入辅助变量Y=yy将高度非凸非线性的带有约束的加权最小二乘问题进行转化,然后利用半正定松弛技术将非凸约束rank(Y)=1丢掉,进而形成一个半正定规划问题。
8.根据权利要求1所述的一种未知发射机位置的椭圆目标定位方法,其特征在于,所述步骤⑦中,利用内点法求解形成的混合半正定/二阶锥规划问题,从而可以求出未知目标和发射机位置的近似全局最优解。