一种基于天线周期扫描时间差无源定位方法_2

文档序号:9488598阅读:来源:国知局
br>[0053] 图34为间隔两点取点法所得目标X方向计算误差图(T= 10S);
[0054] 图35为间隔两点取点法所得目标y方向计算误差图(T= 10S);
[0055] 图36为间隔两点取点法所得天线扫描周期计算误差图(T= 10S);
[0056] 图37为间隔一点取点法所得目标X方向计算结果图(增加噪声T= 10S);
[0057] 图38为间隔一点取点法所得目标y方向计算结果图(增加噪声T= 10S);
[0058] 图39为间隔一点取点法所得天线扫描周期计算结果图(增加噪声T= 10S)
[0059] 图40为间隔一点取点法所得目标X方向计算误差图(增加噪声T= 10S);
[0060] 图41为间隔一点取点法所得目标y方向计算误差图(增加噪声T= 10S);
[0061] 图42为间隔一点取点法所得天线扫描周期计算误差图(增加噪声T= 10S)
[0062] 图43为递推最小二乘法得到目标x方向计算结果图(增加噪声T= 20S);
[0063] 图44为递推最小二乘法得到目标y方向计算结果图(增加噪声T= 20S);
[0064] 图45为递推最小二乘法得到天线扫描周期计算结果图(增加噪声T= 20S);
[0065] 图46为递推最小二乘法得到目标X方向计算误差图(增加噪声T= 20S);
[0066] 图47为递推最小二乘法得到目标y方向计算误差图(增加噪声T= 20S);
[0067] 图48为递推最小二乘法得到天线扫描周期计算误差图(增加噪声T= 20S);
[0068] 图49为间隔一点取点递推最小二乘法得到目标X方向计算结果图(增加噪声T =10S);
[0069] 图50为间隔一点取点递推最小二乘法得到目标y方向计算结果图(增加噪声T =10S);
[0070] 图51为间隔一点取点递推最小二乘法得到天线扫描周期计算结果图(增加噪声 T= 10S);
[0071] 图52为间隔一点取点递推最小二乘法得到目标X方向计算误差图(增加噪声T =10S);
[0072] 图53为间隔一点取点递推最小二乘法得到目标y方向计算误差图(增加噪声T =10S);
[0073] 图54为间隔一点取点递推最小二乘法得到天线扫描周期计算误差图(增加噪声 T= 10S);
[0074]T为天线扫描周期。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0075] 一:一种基于天线周期扫描时间差无源定位方法包括以下步骤:
[0076] 考虑二维单站被动跟踪问题,图1给出了目标Tar和观测器0的几何关系示意图, 图中(X,y)表示目标Tar在观测平台坐标系的坐标,(Χτ,Υτ)表示目标在大地坐标系中的 坐标,X(Ε)表示X轴为正东方,Υ(Ν)表示Υ轴为正北方。
[0077]目标Tar处于静止状态,观测平台0沿y方向进行匀速直线运动,观测器被动接收 目标Tar辐射的信号,利用对该信号的被动测量对目标进行定位跟踪。目标雷达天线以固 定周期进行圆周扫描,观测器则对目标雷达的扫描信号进行探测并记录时间,由于观测平 台并非朝向目标运动,观测器所测得的目标雷达天线两次扫描的时间间隔将不等于其扫描 周期,其中包含了目标的位置信息。本文研究的即是基于天线周期扫描时间差对目标进行 定位的问题。
[0078] 步骤一:建立坐标系并得到各坐标系间的转换关系;
[0079] 建立观测平台坐标系如图2所示,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;
[0080] 为简化求解,建立目标坐标系如图3所示,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太轴方向,垂直太轴为?轴,V轴正方向右侧为?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和目标坐标系转换关系如图4所示,得到坐标变换X=X' 和y=y',得到目标相对于观测平台在观测平台坐标系中的位置(χ,y);
[0081] 大地坐标系与观测平台坐标系几何关系如图5所示,以正北方位(Y)y轴方向,正 东方(E)为X轴方向;目标坐标系中当需要转换到大地坐标下时,根据观测平台坐标与大地 坐标的相对关系即可得到大地坐标下的计算方式:
[0085] γ是观测平台坐标系y方向和大地坐标系Y方向的夹角;f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,Y$目标在大地坐标系中Y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Y方向位置;
[0086]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 (即将观测平台的匀速直线运动等效到目标上),且观测平台不朝向目标方向运动时,可以 得到求解方程中X,y,T三个未知量需要的方程为:
[0088] 所述T为天线扫描周期,τ1=th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,τ1+1=11+2-t1+1,t1+2为第i+2 时刻天线扫描时间测量值,τ1+2=t1+3_t1+2,t1+3为第i+3时刻天线扫描时间测量值;
[0089] 步骤三:求解公式(9)的方程组得到若干组(一般为6组)数学解,应根据给定条 件对解进行选取。对于选取后无解、唯一解和多解的情况应进行区分;
[0090] 解的选取利用探测范围的限制,当解超过最大探测范围或者小于最小探测范围时 记为无效解,在探测范围内的解记为可行解,所述探测范围为100~350km,具体操作如图6 所示:
[0091] 对于选取可行解集合应当予以处理,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。
[0092] 步骤四:求解递推最小二乘法的参数&、尤和P。,将遗忘因子与&相乘得到R/, 将民'、又^和P。带入递推最小二乘的基本公式,对定位数据进行处理,利用通过时间观 测值计算得到的Z1估计目标的真实位置得到估计值尤,所述Z1为第i时刻的观测向量 (Xl,yi,?\)τ,皂为第i时刻的估计值矩阵?\为第i时刻天线扫描周期计算值, t为第i时刻天线扫描周期估计值,考为目标在X'方向坐标的估计值,爲为目标在y'方向 坐标的估计值。
【具体实施方式】 [0093] 二:本实施方式与一不同的是:所述步骤二中得到求 解方程中X,y,T三个未知量需要的三个方程的具体过程为:
[0094] 在图3Θi所在三角形中,有如下表达式成立:
[0096] 所述Θi为第i时刻与第i+Ι时刻目标与观测平台连线间的夹角;
[0097] 根据两角和与差的正切公式可以得到:

[0099] 由于目标距离足够远(100~350km),此时Θ;的值远小于1,Θ;满足 件,因此可以取:
[0100] tan(θχ) ^θx (6)
[0101] 目标雷达天线以固定周期扫描,可以得到公式(7):
[0103] 联立公式(6)和公式(7),消去Θ逅可以得到方程⑶:
[0104] 2π(τj-T) [x2+y2-(yi+1+yi)y+yi+1yi]-χΤ(γ?+1-γ;) = 0 (8)
[0105] 求解方程中x,y,T三个未知量需要三
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