基于天线周期扫描时间差无源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及时间差定位方法。
【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，运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W及 需要一定机动的问题，而提出的基于天线周期扫描时间差无源定位方法。
[0005] 基于天线周期扫描时间差无源定位方法按W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，W观测平台第一次接收到目标信号时的运动方向为y轴方 向，垂直y轴为X轴，y轴正方向右侧为X轴正方向；
[0008] 建立目标坐标系，所述目标坐标系分为等效目标抖动模型坐标系和等效目标单向 偏移模型坐标系；将观测平台的抖动和单向偏移等效到目标上，取观测平台第一次接收到 目标信号时等效的目标运动方向为y'轴方向，垂直y'轴为X'轴，y'轴正方向右侧为X轴 正方向；设目标与观测平台在同一平面，目标雷达天线进行周期为T的圆周扫描，观测平台 状态（Xi，Vx. 1，yi，V1)巧知，所述X1为目标坐标系中第i时刻观测平台的X'方向坐标，y1为 目标坐标系中第i时刻观测平台的y'方向坐标，Vy.i为第i时刻观测平台的X'方向速度， Vy.i为第i时刻观测平台的y'方向速度，每次目标雷达扫描过观测平台时信号都能被捕获 并被记录扫描时刻ti，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观测平台坐标系中的位置（X，y);
[0009] 建立大地坐标系，W正北方为Y轴方向，正东方为X轴方向；当目标坐标系中 坐标需要转换到大地坐标下时，根据观测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；
[0010]
[0013] 丫是观测平台坐标系y方向和大地坐标系Y方向的夹角；巧是目标在观测平台坐 标系中的方位角，Χτ为目标在大地坐标系中X方向位置，YT为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，y。为观测平台在大地坐标系中Υ方向位置；
[0014] 步骤二：根据步骤一所述的观测平台坐标系与目标坐标系的转换关系W及大地坐 标系与观测平台坐标系的转换关系，可W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，当相邻两时刻目标与观 测平台连线间的夹角大于0时，可W得到求解方程中X，y，TΞ个未知量需要的方程为：
[0015]
[001引所述T为天线扫描周期，τ1=tw-ti，为第i时刻天线扫描时间测量值，tW为 第i+1时刻天线扫描时间测量值，心1为目标坐标系中第i+1时刻观测平台的y'方向坐标， 心2为目标坐标系中第i+2时刻观测平台的y'方向坐标，y为目标坐标系中第i+3时刻 观测平台的y'方向坐标，xw为目标坐标系中第i+1时刻观测平台的X'方向坐标，X42为 目标坐标系中第i巧时刻观测平台的X'方向坐标，xw为目标坐标系中第i+3时刻观测平 台的X'方向坐标；
[0017] 步骤S:求解公式烛）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W取各解的平均值；
[001引步骤四：求解递推最小二乘法的参数Ri、1?和P。，将遗忘因子与而相乘得到RΛ 将Ri'、义。和Ρ。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Ζ1估计目 标的真实位置得到估计值《，所述Zi为第i时刻的观测向量（X1，yi，Τι)τ，凌^为第i时刻的 估计值矩阵巧，知t)『，Ti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，、为目标在X'方向坐标的估计值，袭为目标在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条件下位 置估计的方法，该方法对观测平台运动形式的限定少。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，也不需要平台进行特殊形式机动，仅利用 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为等效目标抖动模型坐标系图；
[0023] 图4为等效目标单向偏移模型坐标系图；
[0024] 图5为观测平台坐标系和目标坐标系转换关系图；
[00巧]图6为大地坐标系与观测平台坐标系几何关系图；
[0026] 图7为解的选取流程图；
[0027] 图8为间隔一点取点目标X方向计算结果图灯二10S偏离角度增量为0.00Γ); [002引图9为间隔一点取点目标y方向计算结果图灯=10S偏离角度增量为0.00Γ);
[0029] 图10为间隔一点取点天线扫描周期计算结果图灯=10S偏离角度增量为 0.001° )；
[0030] 图11为间隔一点取点目标X方向计算误差图灯二10S偏离角度增量为 0.001° )；
[0031] 图12为间隔一点取点目标y方向计算误差图灯二10S偏离角度增量为 0.001° )；
[0032] 图13为间隔一点取点天线扫描周期计算误差图灯=10S偏离角度增量为 0.001° )；
[0033] 图14为间隔一点取点目标X方向计算结果图（增加噪声T= 10S偏离角度增量 为 0.00Γ);
[0034] 图15为间隔一点取点目标y方向计算结果图（增加噪声T= 10S偏离角度增量 为 0.00Γ);
[0035] 图16为间隔一点取点天线扫描周期计算结果图（增加噪声T= 10S偏离角度增 量为 0. 00Γ);
[0036] 图17为间隔一点取点目标X方向计算误差图（增加噪声T= 10S偏离角度增量 为 0.00Γ);
[0037] 图18为间隔一点取点目标y方向计算误差图（增加噪声T= 10S偏离角度增量 为 0.00Γ);
[0038] 图19为间隔一点取点天线扫描周期计算误差图（增加噪声T= 10S偏离角度增 量为 0. 00Γ);
[0039] 图20为间隔一点取点目标X方向计算结果图灯二10S偏离角度增量为0.05° );
[0040] 图21间隔一点取点目标y方向计算结果图灯=10S偏离角度增量为0. 05° );
[0041] 图22为间隔一点取点天线扫描周期计算结果图灯二10S偏离角度增量为 0. 05。）；
[0042] 图23为间隔一点取点目标X方向计算误差图灯=lOS偏离角度增量为0.05° );
[0043] 图24间隔一点取点目标y方向计算误差图灯=10S偏离角度增量为0. 05° );
[0044] 图25为间隔一点取点天线扫描周期计算误差图灯二10S偏离角度增量为 0. 05。）；
[0045] 图26为间隔一点取点目标X方向计算结果图灯=10S偏离角度增量为0