時間:2021-04-29 20:38:31來源:徐升團隊
在目標精確定位研究領域,如何采用分布式多傳感器系統(tǒng)精確定位靜態(tài)目標是一個重要的科學問題。該研究圍繞此問題, 對如何分布多個信號接收時間(Time-of-arrival,TOA) 傳感器位置來實現(xiàn)高精度定位單個靜態(tài)目標的問題展開研究。其中, TOA 傳感器可由多個無人機、無人艇等移動平臺搭載,而靜態(tài)目標可以是敵對雷達站、被困人員、水下信標等。因此,所提出方法應用領域涵蓋了軍事打擊、水下探索、民用搜救等。
該研究首先采用 MATLAB 軟件結(jié)合基于梯度下降法編寫程序,將多個傳感器任意分散到三維空間中,并將目標位置設置在坐標原點。然后解算各個傳感器與目標之間的真實幾何相對關系。接著,以克拉美羅下界的跡 (tr(CRLB)) 為梯度法中的代價函數(shù),自動解算多個傳感器如何移動可以使得代價函數(shù)減小,并收斂到全局最小位置。最后,將獲得的最優(yōu)傳感器分布與理論值相對比,以驗證所提出方法的優(yōu)越性。此外,該研究還采用了實際估計策略進行驗證,將多個傳感器按照不同的幾何分布排布在不同的具體位置上,確定仿真中的具體量測噪聲方差,使用了最大似然估計算法,并采用了蒙特卡洛隨機進行重復計算,從而驗證所提出理論的有效性。
實驗結(jié)果顯示,極大似然估計在實際估計問題中所求得最優(yōu)分布下的均方誤差與理論推導的結(jié)果基本一致。實驗示例中, 按照所提方法排布 N 個量測方差噪聲為 σ2 的 TOA 傳感器, 目標估計的最小均方差可以達到 9σ2/(4N),與文中首次提出的最佳精度理論的相關結(jié)論一致。
所提出的方法可以快速評估 TOA 三維目標定位策略的最佳可達精度,并提供改善估計精度的傳感器分布策略。該方法可應用于軍事偵察,包括敵方雷達站、艦船、潛艇等目標的精確定位,也可用于無人機搜救、海上信標搜索、以及地下礦物探查等民用領域。
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