多接收站的辐射源定位是指利用多个接收站接收来自辐射源的信号,从而估计辐射源的位置等信息,简称多站定位。多站定位在电子侦察、环境监测等领域有广泛的应用,如军事中的多站无源定位,民用的无线传感器网络定位等。本文研究的多接收站辐射源定位方法包括了两类定位方法。第一类方法是基于定位观测量的定位方法。定位观测量是指从接收信号中提取的一些含辐射源位置信息的特征量,如到达时间(Time of arrival,TOA)、到达角度(Angle of Arrival,AOA)、到达时间差(Time difference of arrival,TDOA)、到达频率差(Frequency difference of arrival,FDOA)等。基于定位观测量的定位方法首先从接收信号中估计出定位观测量,然后根据定位观测量与辐射源位置之间的观测方程解算出辐射源位置信息。第二类方法是基于信号层次的直接定位方法,这种定位方法不需要从接收信号中估计定位观测量,而是直接从接收信号中估计辐射源的位置。本文第二章至第四章的研究内容都是基于定位观测量的定位方法,其中第二章研究了仅用FDOA的多站定位方法,第三章研究了基于TDOA和FDOA的多站定位与标校方法,第四章研究了基于TOA的多站相对定位方法。第五章是基于信号层次的直接定位方法,研究了基于时延和多普勒的多接收站相干累加直接定位方法。具体研究内容概括如下:第二章研究了仅用FDOA的多接收站辐射源定位方法。首先研究了辐射源存在球面约束时,仅用FDOA的定位方法。本文先分析了球面约束场景下,仅用FDOA定位的克拉美罗下限(Cramer-Rao lower bound,CRLB),然后通过引入拉格朗日乘子将定位问题转换成非线性约束条件下的线性最小二乘估计,最后采用高斯-牛顿方法迭代求解辐射源位置。其次,本章研究了没有球面约束场景下,仅用到达频率差定位时,接收站位置误差对定位精度的影响。本文首先分析了接收站位置误差有无情况下CRLB的不同,通过理论推导分析出接收站位置误差对定位精度影响程度。最后提出一种考虑接收站位置误差因素的定位方法,该方法在FDOA测量噪声和接收站位置误差较小情况下能够达到定位的CRLB。第三章研究了基于TDOA和FDOA的多站定位与标校方法。本章分别研究了三种定位场景下的标校方法。首先是单个辐射源场景下采用单个标校站的定位与标校方法。其次是多辐射源场景下,研究了部分辐射源具有先验信息(等同于含有位置误差的标校站)时的定位与标校方法。最后研究了采用自标校站的多站定位与标校方法。在各自的定位场景下,本文首先分析和推导辐射源定位的CRLB,从而得到采用标校站、辐射源先验位置信息或者自标校站时,辐射源定位精度提高的理论程度。然后提出各自场景下的定位与标校方法,第一步由标校站、含先验位置信息的辐射源或者自标校站的信号到达各个接收站的TDOA和FDOA来估计接收站的位置误差,从而修正接收站的位置和速度。再利用来自辐射源信号的TDOA和FDOA估计辐射源位置和速度。理论分析和实验仿真均表明当TDOA/FDOA测量噪声和接收站位置误差较小情况下,各种定位场景下的定位与标校方法,辐射源定位性能均能达到各自的CRLB。第四章研究了基于TOA的相对定位方法。该定位场景下辐射源和接收站的位置都是未知,因此仅用TOA观测量无法估计出辐射源和接收站的位置,但是各个辐射源和接收站之间的相对位置是可以估计。本文首先推导相对定位场景下的CRLB,通过理论分析得到相对定位问题的衡量标准。其次采用双线性方法将TOA观测量和辐射源位置之间的方程转换为线性关系。通过对TOA观测量矩阵的奇异值分解,将求解辐射源位置的问题转换为求解奇异值分解中的混合矩阵问题。从而将高维数未知量求解问题转换为混合矩阵中九个未知元素的求解问题,降低了问题的复杂度。之后论文建立以混合矩阵元素为未知量的观测方程,通过最小二乘估计方法,求出混合矩阵中的各个元素,进而得到辐射源和接收站的相对位置。然后论文分析了以混合矩阵元素为未知量的观测方程的误差特性,推导出加权矩阵,通过加权最小二乘估计,最终使得定位精度得到进一步提高。最后,论文以双线性方法的估计结果作为初始值,提出一种高斯-牛顿方法迭代求解辐射源的相对位置,从而使得定位精度达到CRLB。第五章研究了基于时延和多普勒的相干累加直接定位方法。论文分别研究了在合作式辐射源定位场景和非合作式辐射源定位场景下,接收站接收多段数据时的定位方法。通过研究不同段接收数据之间相位的差异,以及该相位差值和辐射源位置之间的关系,提出一种基于相干累加的直接定位方法。为了便于对比,论文同时推导了基于非相干累加的直接定位方法。此外,论文推导出这两种定位方法的CRLB。通过CRLB对比表明相干累加直接定位方法的理论定位性能要优于非相干累加直接定位方法。蒙特卡洛仿真表明,在高信噪比下相干累加直接定位方法性能明显优于非相干直接定位方法,而且能够达到相干累加直接定位方法的CRLB。在低信噪比下,两种方法定位性能相似。