一種運動目標的雙星跟蹤方法、裝置和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及目標跟蹤領域，特別涉及一種運動目標的雙星跟蹤方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 根據輻射源輻射的無線電信號，估計輻射源的位置，是大量在軌衛星的重要任務 之一。按照定位體制，星載無源定位體制可分為測向定位、時差定位、頻差定位、時頻差定 位等；按照參與輻射源定位的衛星數，星載無源定位體制可分為單星定位系統、雙星定位系 統、三星定位系統及四星定位系統，綜合考慮定位效能及實現代價，目前研究較多的是單星 及雙星定位系統。
[0003] 對于地面靜止（或低速）輻射源的衛星定位系統，目前已有較多的研究成果，但對 于空中高速運動目標的定位跟蹤研究較少。由于目標運動的特性，除了關心目標的位置信 息外，還關心目標的速度，有可能的話還希望預測目標下一步可能的位置及速度。

【發明內容】

[0004] 鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上 述問題的一種運動目標的雙星跟蹤方法、裝置和系統。
[0005] 依據本發明的一個方面，提供了一種運動目標的雙星跟蹤方法，包括：
[0006] 主星對運動目標進行無線電測向，獲得所述運動目標的到達角（DOA);
[0007] 所述主星根據自身接收到的所述運動目標的目標信號x(t)與輔星通過星間通信 傳遞來的所述運動目標的目標信號y(t)，估計信號到達時間差（TDOA)和信號到達頻率差 (FDOA)；
[0008] 所述主星根據所述到達角、所述信號到達時間差及所述信號到達頻率差，采用粒 子濾波算法估計各個時刻所述運動目標的位置和速度。
[0009] 可選地，所述主星對運動目標進行無線電測向，獲得所述運動目標的到達角包 括：
[0010] 所述主星對所述運動目標進行無線電測向，得到測向時刻k所述運動目標的方位 角a k和俯仰角錢，根據所述方位角a k和俯仰角％獲得所述運動目標的到達角（DOA)。
[0011] 可選地，所述主星根據自身接收到的所述運動目標的目標信號X (t)與輔星通過 星間通信傳遞來的所述運動目標的目標信號y (t)，估計信號到達時間差和信號到達頻率差 包括：
[0012] 所述主星接收到的目標信號X (t)，及所述輔星傳遞來的所述運動目標的目標信號 y(t)分別用下列公式表示：
[0015] 其中，s(t)為所述運動目標發射的信號，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所述主星接收通道的時間延遲與多普勒 頻率差，111(1:)、112(1:)為互不相關的尚斯白噪聲；
[0016]令
[0020] 上式中，T為總的采樣時間，為y% τ⑴的共輒函數；
[0021] 求取使得Α( τ，f)最大化的τ與f，其中τ為所述信號到達時間差（TDOA)、f為 所述信號到達頻率差（FDOA)。
[0022] 可選地，所述主星根據所述到達角、所述信號到達時間差及所述信號到達頻率差， 采用粒子濾波算法估計各個時刻所述運動目標的位置和速度包括：
[0023] 步驟Dl :由p(x。）得到N個采樣粒吁
，其中xD為所述運動目標的初始狀態 估計矢量，包括所述運動目標的位置和速度變量，P (X。）為所述運動目標的初始狀態分布， 可通過對所述運動目標的先驗認識估計，xl；1稱為粒子，為由POO采樣得到的第i個狀態 估計矢量；
[0024] 步驟D2 :計算權值
其中 為時刻k粒子i的權值，^為所述運動目標在時刻k的量測矢量，采用所述TD0A、FD0A、D0A 量測，即y, ，:其中tdk，fdk分別為k時刻測得的所述信號到達時間差、信號 到達頻率差，為k時刻生成的第i個粒子
1產生^的概率；k時刻狀態 量的估計為
[0025] 步驟D3 :對粒子進行重采樣，使其滿足
[0026] 步驟D4 :根據所述運動目標的狀態轉移函數產生新的粒子A1;
[0027] 步驟D5 :重復步驟D2至步驟D4,直至所述運動目標消失或到達跟蹤時限。
[0028] 依據本發明的另一個方面，提供了一種運動目標的雙星跟蹤裝置，包括：
[0029] 到達角獲取單元，用于對運動目標進行無線電測向，獲得所述運動目標的到達角 (DOA);
[0030] 時間差和頻率差估計單元，用于根據分別獲得的兩路所述運動目標的目標信號 x(t)和y(t)，估計信號到達時間差（TDOA)和信號到達頻率差（FDOA);
[0031] 位置和速度估計單元，用于根據所述到達角、所述信號到達時間差及所述信號到 達頻率差，采用粒子濾波算法估計各個時刻所述運動目標的位置和速度。
[0032] 可選地，所述到達角獲取單元，具體用于對所述運動目標進行無線電測向，得到測 向時刻k所述運動目標的方位角α ,和俯仰角務，根據所述方位角a k和俯仰角終:獲得所 述運動目標的到達角（DOA)。
[0033] 可選地，所述時間差和頻率差估計單元包括：
[0034] 目標信號獲取模塊，用于分別獲取兩路所述運動目標的目標信號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)為所述運動目標發射的信號，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所述主星接收通道的時間延遲與多普勒 頻率差，11 1(1:)、112(1:)為互不相關的尚斯白噪聲；
[0038] 互模糊函數求解模塊，用于令
[0042] 上式中，T為總的采樣時間，??)為y% τ⑴的共輒函數；
[0043] 時間差和頻率差估計模塊，用于求取使得目標信號x(t)和y(t)的互模糊函數 A(i，f)最大化的τ與f，其中τ為所述信號到達時間差（TDOA)、f為所述信號到達頻率 差（FDOA)。
[0044] 可選地，所述位置和速度估計單元包括：
[0045] 初始粒子獲取模塊，用于p (X。）得到N個采樣粒子 其中&為所述運動目 標的初始狀態估計矢量，包括所述運動目標的位置和速度變量，P (X。）為所述運動目標的初 始狀態分布，可通過對所述運動目標的先驗認識估計，稱為粒子，為由pOO采樣得到的 第i個狀態估計矢量；
[0046] 權值計算模塊，連接所述初始粒子獲取模塊，用于計算權值
并對 其歸一化，即
；中#為時刻k粒子i的權值，yk為所述運動目標在時 刻k的量測矢量，采用所述TDOA、FDOA、DOA量測，即
為k時刻測得的所述信號到達時間差、信號到達頻率差，Xp為1^時刻生成的第1個粒子，
7』勺概率；k時刻狀態量的估計為
[0047] 重采樣模塊，連接所述權值計算模塊，用于對粒子進行重采樣，使其滿足
[0048] 新粒子獲取模塊，連接所述重采樣模塊，用于根據所述運動目標的狀態轉移函數 產生新的粒子Wi1;
[0049] 控制模塊，連接所述權值計算模塊，用于控制所述權值計算模塊、所述重采樣模塊 和所述新粒子獲取模塊之間的計算循環，直至所述運動目標消失或到達跟蹤時限。
[0050] 可選地，所述運動目標的雙星跟蹤裝置設置在主星上，所述主星截獲所述運動目 標的目標信號獲取所述目標信號X (t)，所述主星通過星間通信獲得輔星截獲所述運動目標 的目標信號y(t)。
[0051] 依據本發明的又一個方面，提供了一種運動目標的雙星跟蹤系統，包括主星和輔 星，所述主星和所述輔星分別截獲所述運動目標的目標信號，其特征在于，
[0052] 所述主星對運動目標進行無線電測向，獲得所述運動目標的到達角（DOA);
[0053] 所述主星根據自身接收到的所述運動目標的目標信號x(t)與所述輔星通過星間 通信傳遞來的所述運動目標的目標信號y(t)，估計信號到達時間差（TDOA)和信號到達頻 率差（FDOA);
[0054] 所述主星根據所述到達角、所述信號到達時間差及所述信號到達頻率差，采用粒 子濾波算法估計各個時刻所述運動目標的位置和速度。
[0055] 本發明的有益效果是：本發明的技術方案，采用主星對目標進行無線電測向，獲得 DOA ;輔星將接收到的目標信號通過星間通信傳至主星，主星根據自身接收到的目標信號與 輔星傳來的目標信號估計TD0A、FD0A ;之后主星根據TD0A、FD0A、D0A量測，采用粒子濾波算 法估計目標狀態，可實現運動目標位置與速度的準確估計。不僅能夠實現對空中高速運動 目標的定位跟蹤，得到運動目標的位置和速度，還能夠實現現有技術無法達到的對動目標 位置、速度狀態量的遞推估計，并且在結果的精度上也有顯著的提高。
[0056] 上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能夠 更明顯易懂，以下特舉本發明的【具體實施方式】。
【附圖說明】
[0057] 通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通 技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明 的限制。而且在整個附圖中，用相同