一种测向线与圆锥面交叉的定位方法

本发明属于无线电测向定位，具体涉及一种测向线与圆锥面交叉的定位方法。

背景技术：

1、在无线电测向定位技术领域，平面上的二维定位需要至少两个测向站进行一维测向，每个测向站的一维测向对应一条测向线，通过多个测向站的测向线交叉，才有可能确定无线电辐射源在平面上的二维直角坐标；立体空间中的三维定位也需要至少两个测向站进行方位角、俯仰角的二维测向，每个测向站的二维测向对应一条测向线，通过多个测向站的测向线交叉，才有可能确定无线电辐射源在立体空间中的三维直角坐标。

2、由于二位测向比一维测向的技术复杂度、测向系统的维护成本更高，随着无人机、无人车等平台的应用越来越广泛，对小型化、轻型化、低成本、低功耗测向站的需求也越来越多，有必要发展利用一维测向实现对无线电辐射源进行三维定位的技术。

3、针对立体空间中的三维定位问题，需要至少三个测向站进行一维测向，每个测向站的一维测向确定一个以该测向站为顶点、以该测向站的测向基线为轴线的圆锥面，通过多个测向站的圆锥面交叉，才有可能确定无线电辐射源在立体空间中的三维直角坐标。但是，由于三个或三个以上的测向站之间的协同测向定位比两个测向站协同测向定位复杂，因此，有必要发展对无线电辐射源进行一维测向的测向站与进行二维测向的测向站协同，通过两个测向站的测向线与圆锥面交叉对无线电辐射源三维定位技术。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种对无线电辐射源进行一维测向的测向站与进行二维测向的测向站协同，通过两个测向站的测向线与圆锥面交叉对无线电辐射源三维定位的方法。首先设置进行二维测向的测向站、进行一维测向的测向站的三维直角坐标，进行一维测向的测向站的测向基线向量；距离搜索的个数和搜索的距离值；其次进行一维测向的测向站对无线电辐射源进行一维测向，确定无线电辐射源的来波方向与进行一维测向的测向站的测向基线之间的夹角；进行二维测向的测向站对无线电辐射源进行二维测向，确定无线电辐射源的来波方位角和俯仰角；接着由进行一维测向的测向站的三维直角坐标、进行二维测向的测向站确定的无线电辐射源的来波方位角和俯仰角，以及搜索距离，确定搜索距离对应的三维直角相对坐标向量；然后由进行一维测向的测向站的测向基线向量、搜索距离对应的三维直角相对坐标向量，确定搜索距离对应的角度；再由进行一维测向的测向站确定的无线电辐射源的来波方向与进行一维测向的测向站的测向基线之间的夹角、搜索距离对应的角度，确定搜索距离对应的误差；最后确定所有误差中的最小值对应的搜索距离，从而确定无线电辐射源的三维直角坐标，即测向线与圆锥面之间的交叉点。

2、本发明的技术方案为：

3、一种测向线与圆锥面交叉的定位方法，采用两个测向站对辐射源进行定位，其中一个测向站对辐射源进行一维测向，另一个测向站对辐射源进行二维测向，所述定位方法包括：

4、对辐射源进行一维测向，得到辐射源的来波方向与测向基线之间的夹角；

5、对辐射源进行二维测向，得到辐射源的来波方位角和俯仰角；

6、根据进行一维测向的测向站在设定的三维直角坐标中的坐标、搜索距离、来波方位角和俯仰角，获得搜索距离对应的相对三维坐标向量；

7、根据进行一维测向的测向站的测向基线向量、搜索距离对应的相对三维坐标向量，得到搜索距离对应的角度；

8、根据来波方向与进行一维测向的测向站的测向基线之间的夹角、搜索距离对应的角度，得到搜索距离对应的误差；

9、根据所有误差中的最小值对应的搜索距离，从而确定辐射源的三维直角坐标，即测向线与圆锥面之间的交叉点。

10、进一步的，所述搜索距离对应的相对三维坐标向量的表达式为：

11、

12、其中，p(rk)是第k个搜索距离对应的相对三维坐标向量，rk是第k个搜索距离，θ2和φ2是辐射源的来波方位角和俯仰角，(x1,y1,z1)是进行一维测向的测向站的三维直角坐标，k＝0,1,2,…,k-1，k是距离搜索的个数。

13、进一步的，所述搜索距离对应的角度的表达式为：

14、

15、其中，φ(rk)是第k个搜索距离对应的角度，arccos()为反余弦函数，q·p(rk)表示向量q与向量p(rk)的内积，q是进行一维测向的测向站的基线向量，||p(rk)||为向量p(rk)的范数，即向量p(rk)到三维直角坐标系原点的距离。

16、进一步的，所述搜索距离对应的误差的表达式为：

17、g(rk)＝|φ(rk)-φ1|

18、其中，g(rk)是第k个搜索距离对应的误差，φ1是辐射源的来波方向与进行一维测向的测向站测向基线之间的夹角。

19、进一步的，所述确定辐射源的三维直角坐标表达式为(rmcosφ2cosθ2,rmcosφ2sinθ2,rmsinφ2)，其中m是指k个误差中的最小值为第m个误差，即第m个搜索距离rm对应的误差。

20、本发明的有益效果是：只需要两个测向站，其中一个对无线电辐射源进行一维测向的测向站，另一个对无线电辐射源进行二维测向的测向站，利用一维测向的测向站确定的测向线与二维测向的测向站确定的圆锥面的交叉点，即可确定无线电辐射源的三维直角坐标；与需要两个测向站对无线电辐射源都进行二维测向的三维定位方法相比，本发明方法降低了一个测向站的测向系统维护成本，更适用于无人机、无人车等小型化、轻型化、低成本、低功耗的测向站平台；与需要至少三个测向站都进行一维测向才能对无线电辐射源进行三维定位的方法相比，本发明方法只需要两个测向站，降低了测向定位的多站协同成本和系统复杂度。

技术特征：

1.一种测向线与圆锥面交叉的定位方法，采用两个测向站对辐射源进行定位，其中一个测向站对辐射源进行一维测向，另一个测向站对辐射源进行二维测向，其特征在于，所述定位方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种测向线与圆锥面交叉的定位方法，其特征在于，所述搜索距离对应的相对三维坐标向量的表达式为：

3.根据权利要求2所述的一种测向线与圆锥面交叉的定位方法，其特征在于，所述搜索距离对应的角度的表达式为：

4.根据权利要求3所述的一种测向线与圆锥面交叉的定位方法，其特征在于，所述搜索距离对应的误差的表达式为：

5.根据权利要求4所述的一种测向线与圆锥面交叉的定位方法，其特征在于，所述确定辐射源的三维直角坐标表达式为(rm cosφ2cosθ2,rm cosφ2sinθ2,rm sinφ2)，其中m是指k个误差中的最小值为第m个误差，即第m个搜索距离rm对应的误差。

技术总结
本发明属于无线电测向定位技术领域，具体涉及一种测向线与圆锥面交叉的定位方法。本发明只需要两个测向站，其中一个对无线电辐射源进行一维测向的测向站，另一个对无线电辐射源进行二维测向的测向站，利用一维测向的测向站确定的测向线与二维测向的测向站确定的圆锥面的交叉点，即可确定无线电辐射源的三维直角坐标；与需要两个测向站对无线电辐射源都进行二维测向的三维定位方法相比，与需要至少三个测向站都进行一维测向才能对无线电辐射源进行三维定位的方法相比，本发明方法只需要两个测向站，降低了测向定位的多站协同成本和系统复杂度。

技术研发人员：彭翔宇,隆丽华,孙璐瑶,万群,丛迅超,甘翼,翟靖宇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15