一种基于天线周期扫描时间差无源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于天线周期扫描时间差无源定位方法。
【背景技术】
[0002] 无源雷达在应用中具有隐蔽性好，探测隐身和低空目标能力较强的优点，但由于 其无源特性导致无法对静默目标有效定位，同时也带来了测量精度的问题。一般研究的无 源定位方法有基于到达时间法和测向线交叉定位法。基于到达时间法中虽然对到达时间 的精确测量能够反映目标径向距离的变化，但是该方法存在着速度慢、精度低的弊端达时 间；测向线交叉定位法则要求观测平台有一定的机动飞行，这为该技术的应用带来诸多的 不便，此外，跟踪收敛速度慢、精度低也是该方法的严重缺点。
[0003] 雷达天线扫描周期是一项重要的雷达技术参数，天线扫描的测量方法较为简单， 过去一般通过测量相邻两次雷达照射的时间差来确定天线扫描周期。当目标相对观测平台 进行有一定规则的运动时，时间间隔将产生相应的规则变化，因此通过天线周期扫描的时 间差可求得雷达状态信息，但目前利用此项方法进行定位的研究比较少见。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决目前采用的无源定位方法中存在跟踪收敛速度慢、精度低以及 需要一定机动的问题，而提出的一种基于天线周期扫描时间差无源定位方法。
[0005] -种基于天线周期扫描时间差无源定位方法按以下步骤实现：
[0006] 步骤一：建立坐标系并得到各坐标系间的转换关系；
[0007] 建立观测平台坐标系，以观测平台运动方向为y轴方向，垂直y轴为X轴，y轴正 方向右侧为X正方向；
[0008] 建立目标坐标系，将观测平台的速度等效到目标上，采用等效后目标运动方向为 y'轴方向，垂直y'轴为X'轴，y'轴正方向右侧为X'正方向，此时的坐标系相当于目标雷 达对观测平台的定位坐标系，可以得到观测平台相对于目标的位置（X'，y'），根据观测平台 坐标系与目标坐标系的转换关系得到坐标变换X=X'和y=y'，得到目标相对于观测平台 在平台坐标系中的位置（x，y);
[0009] 建立大地坐标系，以正北方位Y轴方向，正东方为X轴方向；当目标坐标需要转换 到大地坐标下时，根据平台坐标系与大地坐标系的转换关系，即公式（1)-(3)，可得到大地 坐标系下的目标坐标；
[0013] γ是观测平台坐标系y方向和大地坐标系Y方向的夹角；切是目标在平台坐标系 中的方位角，X#目标在大地坐标系中X方向位置，Υ$目标在大地坐标系中Υ方向位置， X。为观测平台在大地坐标系中X方向位置，yc为观测平台在大地坐标系中Υ方向位置；
[0014] 步骤二：根据步骤一所述的平台坐标系与目标坐标系的转换关系以及大地坐标系 与平台坐标系的转换关系，可以将目标坐标系中所求观测平台坐标转换为大地坐标系中目 标坐标，直接在目标坐标系中对观测平台位置进行求解，等效后目标进行匀速直线运动时， 可以得到求解方程中X，y，T三个未知量需要的方程为：
[0016] 所述T为天线扫描周期，τ1=t1+1^，h为第i时刻天线扫描时间测量值，t1+1为 第i+Ι时刻天线扫描时间测量值，yi为目标坐标系中第i时刻平台的y'方向坐标，y1+1为 目标坐标系中第i+Ι时刻平台的y'方向坐标，y1+2为目标坐标系中第i+2时刻平台的y'方 向坐标，y1+3为目标坐标系中第i+3时刻平台的y'方向坐标；
[0017] 步骤三：求解公式（9)的方程组得到6组数学解，解的选取利用探测范围的限制， 所述探测范围为100~350km，在探测范围内的解记为可行解，进一步筛选可行解集合时， 若有唯一解则将其作为解，若无可行解则将解计为零，有多组解可以取各解的平均值；
[0018] 步骤四：求解递推最小二乘法的参数民、爲和P。，将遗忘因子与民相乘得到R/， 将V、氧和P。带入递推最小二乘的基本公式，利用通过时间测量值计算得到的zi估计目 标的真实位置得到估计值龙，所述Zi为第i时刻的观测向量（Xdyi，I\)T，龙为第i时刻的 估计值矩阵(天,九文)1，为第i时刻天线扫描周期计算值，|为第i时刻天线扫描周期估 计值，為为目标在X'方向坐标的估计值，免为目标在y'方向坐标的估计值。
[0019] 本发明提出了一种远距离静止目标在仅有其雷达天线周期扫描时间差并且观测 平台处于匀速直线运动的条件下位置估计的方法，先对已知条件进行分析，建立了平台和 目标之间坐标系并获得目标位置的一种计算方法，同时对带有测量误差的定位结果采用递 推最小二乘法进行优化，得到了位置估计，本发明利用天线周期扫描时间差进行定位，与目 前常规无源定位方法相比不需要角度测量值，本发明在平台匀速直线运动时即可实现定 位，不需要平台进行特殊形式机动，仅利用天线扫描时间观测值及平台状态即可完成对目 标的定位，且定位精度随时间测量精度提高而提高，是一种新的定位方式，对目前的无源定 位体制进行了有效补充。
【附图说明】
[0020] 图1为目标Tar和观测器0的几何关系示意图；
[0021] 图2为观测平台坐标系图；
[0022] 图3为目标坐标系图；
[0023] 图4为观测平台坐标系和目标坐标系转换关系图；
[0024] 图5为大地坐标系与观测平台坐标系几何关系图；
[0025] 图6为解的选取流程图；
[0026] 图7为目标X方向计算结果图（T= 20S);
[0027] 图8为目标y方向计算结果图（T= 20S);
[0028] 图9为天线扫描周期计算结果图（T= 20S);
[0029] 图10为目标X方向计算误差图（T= 20S);
[0030] 图11为目标y方向计算误差图（T= 20S);
[0031] 图12为天线扫描周期计算误差图（T= 20S);
[0032] 图13为目标X方向计算结果图（增加噪声后T= 20S);
[0033] 图14为目标y方向计算结果图（增加噪声后T= 20S);
[0034] 图15为天线扫描周期计算结果图（增加噪声后T= 20S);
[0035] 图16为目标X方向计算误差图（增加噪声后T= 20S);
[0036] 图17为目标y方向计算误差图（增加噪声后T= 20S);
[0037] 图18为天线扫描周期计算误差图（增加噪声后T= 20S);
[0038] 图19为目标X方向计算结果图（T= 10S);
[0039] 图20为目标y方向计算结果图（T= 10S);
[0040] 图21为天线扫描周期计算结果图（T= 10S);
[0041] 图22为目标X方向计算误差图（T= 10S);
[0042] 图23为目标y方向计算误差图（T= 10S);
[0043] 图24为天线扫描周期计算误差图（T= 10S);
[0044] 图25为间隔一点取点法所得目标X方向计算结果图（T= 10S);
[0045] 图26为间隔一点取点法所得目标y方向计算结果图（T= 10S);
[0046] 图27为间隔一点取点法所得天线扫描周期计算结果图（T= 10S);
[0047] 图28为间隔一点取点法所得目标X方向计算误差图（T= 10S);
[0048] 图29为间隔一点取点法所得目标y方向计算误差图（T= 10S);
[0049] 图30为间隔一点取点法所得天线扫描周期计算误差图（T= 10S)
[0050] 图31为间隔两点取点法所得目标X方向计算结果图（T= 10S);
[0051] 图32为间隔两点取点法所得目标y方向计算结果图（T= 10S);
[0052] 图33为间隔两点取点法所得天线扫描周期计算结果图（T= 10S);<