基于距离分辨率约束和同步误差的分布式雷达密集多目标定位部署方法及系统

本发明属于雷达，特别涉及一种分布式雷达密集多目标定位部署方法及系统，可用于低空监视、要地防护、边海空预警及电子对抗。

背景技术：

1、随着编队目标、低空慢小目标群以及协同突防目标在低空监视、要地防护、边海空预警及电子对抗等场景中的广泛出现，针对密集多目标的稳定探测、有效分辨与高精度定位已成为雷达领域的重要研究方向。与传统目标场景相比，密集多目标通常具有数量多、目标间距小、空间分布紧凑以及运动关联性强等特点，容易造成多个目标回波在距离维上重叠或混叠，进而增加目标分辨、数据关联和准确定位的难度。

2、分布式雷达系统通过在空间上布设多个雷达站点，利用多站协同观测形成空间分集优势，能够在一定程度上提高目标探测概率、增强定位精度并改善系统鲁棒性。因此，分布式雷达部署优化已成为多目标协同感知领域的重要研究内容。现有技术中，围绕多站定位问题已经提出了多种基于不同观测类型的目标定位方法，例如基于到达角的定位方法、基于到达时间的定位方法、基于到达时间差的定位方法以及多类观测融合定位方法。同时，针对传感器或雷达站点的部署问题，现有研究通常采用费舍尔信息矩阵、克拉美罗下界或区域覆盖率等指标对站点布局进行优化，以提高目标定位精度、监视覆盖能力或雷达资源利用效率。

3、申请号为cn202310252689.6的专利文献，公开了一种相参约束下集群机载mimo雷达节点分簇部署方法，其通过对监视区域和布站区域进行栅格化处理，将雷达节点划分为不同相参簇群，计算簇内节点的相参约束条件，并基于检测概率信息矩阵构建以雷达有效覆盖率为指标的优化模型，再采用布谷鸟粒子群优化算法求解节点分簇部署方案。该方法虽然考虑了相参积累约束对机载mimo雷达节点部署的影响，但其优化目标主要面向区域检测覆盖能力，未针对密集多目标场景中的距离分辨率约束建立目标可分辨量测判据，也未判断各雷达站点对相邻目标的量测是否可用于定位。因此，当多个目标在距离维上发生混叠时，该方法难以保证每个目标均具有足够数量的有效定位量测，也难以满足密集多目标的稳定联合定位需求。

4、申请号为cn202411415868.8的专利文献，公开了一种面向tdoa定位的分布式雷达部署策略优化方法，其通过构建tdoa定位场景，建立关键子区ks定位性能评价指标和雷达侦察区域rsa监视性能评价指标，并进一步形成面向定位任务的单目标优化问题以及兼顾定位和监视任务的多目标优化问题，以获得分布式雷达优化部署策略。该方法虽然能够综合考虑tdoa定位性能和区域监视性能，但其主要面向辐射源tdoa定位和区域覆盖任务，未面向密集多目标场景建立距离分辨率受限条件下的目标可分辨观测模型；同时，其并未将站间同步误差作为站点公共偏置参数与目标位置参数进行联合建模，也未分析同步误差对等效定位信息、可解性条件和部署构型的影响。因此，该方法难以满足存在站间同步误差条件下密集多目标可分辨定位的部署需求。

5、综上，对于密集多目标场景，现有分布式雷达部署方法虽然能够在区域覆盖、检测概率、tdoa定位精度或监视性能方面取得一定效果，但通常未充分考虑距离分辨率受限导致的相邻目标不可分辨问题，也未将站间同步误差作为站点偏置参数与目标位置参数进行联合建模，因而难以准确刻画有效量测数量、联合定位可解性和定位精度之间的耦合关系。因此，如何在距离分辨率约束和站间同步误差共同存在的条件下，构建一种兼顾目标可分辨性、参数可解性和定位精度要求的分布式雷达部署方法，成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有分布式雷达部署方法在密集多目标场景下存在的不足，提出一种基于距离分辨率约束和同步误差的分布式雷达密集多目标定位部署方法，以解决现有方法未能综合考虑站间同步误差和距离分辨率受限对有效量测、联合定位可解性及定位精度影响的问题，从而提高密集多目标场景下的目标可分辨能力和联合定位精度。

2、实现本发明目的的技术思路是：在分布式雷达密集多目标定位场景中，将距离分辨率约束引入雷达站点对目标的可分辨判定过程，以确定各雷达站点能够提供的有效量测；同时，引入站间同步误差参数，建立目标位置参数与同步误差参数的联合量测模型，并基于有效量测集合构建考虑同步误差影响的等效位置信息矩阵，以实现对部署方案定位性能的准确评价；在此基础上，综合目标可分辨性、联合定位可解性和定位精度要求，建立分布式雷达站点部署优化模型，从而在保证密集多目标可分辨探测与高精度定位的前提下，实现雷达站点的高效部署。

3、根据上述思路，本发明的技术方案包括如下：

4、1.一种基于距离分辨率约束和同步误差的分布式雷达密集多目标定位部署方法，其特征在于，包括：

5、（1）根据候选雷达站点集合、目标集合以及各候选雷达站点和目标的空间位置参数，建立分布式雷达密集多目标定位场景模型；

6、（2）基于空间几何关系，引入站间同步误差参数，建立包含目标位置参数和同步误差参数的径向距离量测模型；

7、（3）根据雷达系统有效带宽确定距离分辨率，并基于空间几何关系和距离分辨率，判断各候选雷达站点对各目标是否能够形成可分辨量测；

8、（4）基于候选雷达站点对目标形成的可分辨量测，并结合候选雷达站点的选取状态，构建在给定部署方案下可参与联合定位估计的有效量测集合；

9、（5）基于有效量测集合，建立目标位置参数与同步误差参数对应的联合信息矩阵，并通过参数消除得到目标位置参数对应的等效位置信息矩阵；

10、（6）依据所述有效量测集合和所述等效位置信息矩阵，构建目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束；

11、（7）以部署雷达站点数量最少为优化目标，以目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束为限制条件，建立分布式雷达站点部署优化模型；

12、（8）求解分布式雷达站点部署优化模型，获得满足所述目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束的雷达站点部署结果。

13、进一步，所述（4）中构建在给定部署方案下可参与联合定位估计的有效量测集合，包括：

14、（4a）设置候选雷达站点的选择变量，其中，表示第个候选雷达站点被选择部署，表示第个候选雷达站点未被选择部署；

15、（4b）基于候选雷达站点对目标形成的可分辨量测，设置站点-目标可分辨指示量，其中，表示候选雷达站点对目标能够形成可分辨量测，表示候选雷达站点对目标不能形成可分辨量测；

16、（4c）根据所述选择变量和所述站点-目标可分辨指示量，构建有效量测可用性指标：

17、（4d）根据所述有效量测可用性指标，构建有效量测集合：

18、进一步，所述（6）中构建目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束，包括：

19、（6a）根据所述有效量测集合，统计第个目标获得的有效量测数量：

20、（6b）将每个目标获得的有效量测数量与该目标所需的最小有效量测数量进行比较，构建目标可分辨量测约束；

21、（6c）根据所述有效量测集合，计算给定部署方案下的有效量测总数，并计算已部署雷达站点数量:

22、（6d）根据目标数量和已部署雷达站点数量，确定联合估计中的目标位置参数和同步误差参数的未知参数总维数，并使未知参数总维数不大于有效量测总数,

23、（6e）根据同步误差参数对应信息子矩阵满足可逆性的属性，满足等效位置信息矩阵大于0；

24、（6f）根据满足约束的等效位置信息矩阵，计算各目标的位置估计误差下界：

25、（6g）将各目标的位置估计误差下界与对应的定位精度阈值进行比较，设置满足目标位置估计误差下界不大于目标对应的定位精度阈值。

26、2.一种基于距离分辨率约束和同步误差的分布式雷达密集多目标定位部署系统，其特征在于，包括：

27、场景建模模块，用于接收候选雷达站点集合、目标集合以及各候选雷达站点和目标的空间位置参数，建立分布式雷达密集多目标定位场景模型；

28、量测建模模块，用于根据候选雷达站点与目标之间的空间几何关系，引入站间同步误差参数，建立包含目标位置参数和同步误差参数的径向距离量测模型；

29、可分辨判定模块，用于根据雷达系统有效带宽确定距离分辨率，并基于所述空间几何关系和所述距离分辨率，判断各候选雷达站点对各目标是否能够形成可分辨量测；

30、有效量测构建模块，用于根据各候选雷达站点对各目标形成的可分辨量测，并结合各候选雷达站点的选取状态，构建在给定部署方案下可参与联合定位估计的有效量测集合；

31、信息矩阵分析模块，用于根据所述有效量测集合建立目标位置参数与同步误差参数对应的联合信息矩阵，并通过对所述同步误差参数进行参数消除，得到目标位置参数对应的等效位置信息矩阵；

32、约束生成模块，用于依据所述有效量测集合和所述等效位置信息矩阵，构建目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束；

33、部署优化建模模块，用于以部署雷达站点数量最少为优化目标，以所述目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束为限制条件，建立分布式雷达站点部署优化模型；

34、部署结果输出模块，用于求解所述分布式雷达站点部署优化模型，获得并输出满足所述目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束的雷达站点部署结果。

35、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

36、其一，本发明由于将站间同步误差作为影响分布式雷达联合定位性能的重要因素纳入部署优化过程，能够表征实际系统中各雷达站点时间不同步所引入的偏置影响，避免理想同步假设下得到的部署结果与实际应用条件不一致的问题，提高部署方案在非理想同步条件下的适用性和可靠性。

37、其二，本发明由于将距离分辨率约束引入雷达站点对目标的有效量测判定过程，能够刻画密集多目标场景中由于目标间距过小而导致的距离维不可分辨现象，避免将不可分辨量测误作为有效定位信息使用，使构建的有效量测集合和部署优化结果更加符合工程实际。

38、其三，本发明通过联合构建目标可分辨量测约束、联合定位可解性约束和目标定位精度约束，并以部署雷达站点数量最少为优化目标，能够在保证每个目标具有足够有效量测、联合参数估计问题可求解且定位误差满足预设精度要求的前提下，减少冗余雷达站点配置，降低系统建设成本和部署复杂度，提高分布式雷达资源利用效率。