联合一维到达角和到达时差的水下目标快速定位算法

作者：余华; 欧媛媛; 陈永华; 徐立军

来源：信号处理, 2023, 39(10): 1857-1865.

DOI：10.16798/j.issn.1003-0530.2023.10.012

• 一维到达角
• 到达时差
• 水下目标定位

针对水下洋流或工程测量等原因引起的传感器位置误差，以及仅使用单一观测参数造成的定位精度问题，本文提出一种联合一维到达角（One-Dimensional Angle of Arrival, 1-D AOA）和到达时差（Time Difference of Arrival, TDOA）的水下目标快速定位算法，该算法通过锥面和双曲面的交点确定目标位置。首先，在观测噪声和线阵中点位置扰动噪声下，推导联合1-D AOA和TDOA观测值与目标位置的非线性方程。接着，提出一种两步加权最小二乘（Weighted Least Squares, WLS）求解算法，该算法第一步引入辅助变量将非线性方程转化为伪线性方程，并使用WLS获得目标位置的粗估计；第二步利用目标位置和辅助变量的关系构造新的方程，再用WLS得到更精确的目标位置估计。然后，推导了在观测噪声和线阵中点位置扰动噪声下的克拉美罗下界（Cramer-Rao lower bound,CRLB）来评估定位性能。仿真实验结果表明，与现有联合1-D AOA和TDOA测量的算法相比，所提算法考虑线阵中点位置误差，在传感器位置误差场景下具有更高的定位精度。

• 单位
  北京理工大学; 华南理工大学