多光电探测系统中基于目标运动模型的定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种目标定位技术领域，特别是多光电探测系统中基于目标运动模型 的定位方法。
【背景技术】
[0002] 经过数十年的研究和发展，目标定位技术在理论和应用上都取得了长足进展，已 被广泛应用于军事、航天、环境检测等众多领域。光电探测系统中的无源目标定位技术不向 外福射电磁信号，因此较有源定位而言具有隐蔽性能好、生存能力强等优点。一般来说，在 无源目标定位技术中，根据观测站的数目将定位技术大致分为两个类型：单站无源定位和 多站无源定位。而根据定位机制，则可W将定位技术分为时差定位和纯方位无源定位。
[0003] 在防空系统中，使用多光电探测站上报的非同步纯方位信息对空中目标进行无源 定位变得越来越重要。传统的纯方位定位方法的主要原理是将上报时序不一致的多光电探 测站的探测数据首先进行时间同步，将非同步的方位信息同步到同一时刻后，然后按照静 止目标定位的方法进行交叉定位，采用最小二乘法估计目标位置。但是在实际环境下的工 程应用中，面对探测站部署稀疏，探测交叠范围较小；或探测站部署相对密集可W多站同时 对目标进行连续跟踪W及对机动目标跟踪该些应用场景时，传统方法中将目标方位外推到 同一时刻的原则通常会引入的较大的误差，而且其对目标定位跟踪的连续性和精度等各方 面都不能满足日益上升的防空系统需求，该使得寻求一种能够适应于多光电探测系统中对 空中目标进行无源定位需求的新定位方法成为一个新的研究课题。
[0004] 在多光电探测系统中，使用多站上报的非同步纯方位信息对空中目标进行无源定 位时，现有的传统纯方位定位方法需要将非同步的方位信息同步到同一时刻后，按照静止 目标定位的方法进行交叉定位。但是实际情况中，将运动目标方位外推到同一时刻通常会 引入较大误差，影响定位精度；同时在实际工程中由于光电探测站部署稀疏，站之间探测交 叠区较少，各站上报时序不一致，很难保证对目标的良好定位效果。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种多光电 探测系统中基于目标运动模型的定位方法，提高多光电探测系统中对低空目标的连续跟踪 能力，提局目标定位精度。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明公开了一种多光电探测系统中基于目标运动模型 的定位方法，在多光电探测系统中，设空中运动目标被当前N个光电探测站测量到其方位 信息，对目标进行定位的步骤是：
[0007] 步骤1 ;接收到当前N个光电探测站对目标方位的测量值集合；
[000引假设有N个探测站对目标进行探测，N是大于1的整数，该N个探测站的站址位置 坐标分别为（X。yi)T，（X2, y2)T，…yw)T，其中上标T表示矩阵的转置。在一个时间周期内， 第i个探测站上报的目标方位测量值为0 1，对应的测量时间间隔是ti，则在该时间周期内 N个光电探测站对该目标的测量值集合为[(0i，ti)，（02，t2)，???（0w，tw)]。
[0009] 步骤2 ;根据空中目标的运动特点，分为两种情况：目标匀速直线运动和目标匀加 速运动，构建对目标方位的测量方程组，即测量矩阵；
[0010] 用变量r。r2, ? ? ?，叫分别表示目标与t府刻对应的第i个光电探测站之间的 距离，i = 1，2，…，N ;用变量（X,，y,)T表示目标的初始位置，其中下标S是用来标识X和y 是初始位置的符号；用（Vy，Vy)T表示目标速度变量，其中V ,表示X方向的速度分量，V y表示 y方向的速度分量，上标T表示向量的转置；用枉，ay)T表示目标的加速度变量，其中a y表 示X方向的加速度分量，表示y方向的加速度分量；
[0011] (1)用A1表示目标匀速直线运动情况下的光电探测站测量变换矩阵，化表示目标 匀速直线运动情况下的变量向量，B1表示光电探测站位置坐标组成的向量，那么目标匀速 直线运动测量方程组为：
[0012] A1XW1 = B1 公式 1 [001引其中；
【主权项】
1. 多光电探测系统中基于目标运动模型的定位方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :接收到当前N个光电探测站对空中目标方位的测量值集合； 步骤2 :根据空中目标的运动特点，分为两种情况：目标匀速直线运动和目标匀加速运 动，构建对目标方位的测量方程组，即测量矩阵； 步骤3 :基于步骤2所得到的测量方程组，对目标运动模型进行解算，获得目标的初始 位置和运动速度； 步骤4 :针对步骤4所解算获得的目标初始位置和运动速度，估计出目标的当前位置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括： 假设有N个光电探测站对目标进行探测，N是大于1的整数，N个光电探测站的站址位 置坐标分别为（Xl，yi)T，（x2，y2)T，…（xN，yN)T，其中上标T表示矩阵的转置；在一个时间周期 内，第i个光电探测站上报的目标方位测量值为0i，对应测量时刻h，则在该时间周期内N 个光电探测站对该目标的测量值集合为[(0i，h)，（ 0 2,t2)，…（0N，tN) ]，i取值范围1? N〇
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2包括： 用变量hr2，…，rN分别表示目标与ti时刻对应的第i个光电探测站之间的距离，i= 1，2，…，N;用变量（xs,ys)T表示目标的初始位置，其中下标S是用来标识x和y是初始位 置的符号；用（vx，vy)T表示目标速度变量，其中vx表示x方向的速度分量，vy表示y方向的 速度分量，上标T表示向量的转置；用（ax，ay)T表示目标的加速度变量，其中ax表示x方向 的加速度分量，ay表示y方向的加速度分量； 用A1表示目标匀速直线运动情况下的光电探测站测量变换矩阵，W1表示目标匀速直 线运动情况下的变量向量，B1表示光电探测站位置坐标组成的向量，那么目标匀速直线运 动测量方程组为： A1XW1 =B1 公式 1， 其中：
用A2表示匀加速运动情况下的探测站测量变换矩阵，W2表示匀加速运动情况下的变 量向量，目标匀加速运动模型测量方程组为： A2XW2 =B1 公式 2， 其中：
W2 = [r1；r2, ???,rN,xs,ys,vx,vy,ax,ay]N+6T°
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3包括： 目标匀速直线运动情况下的解： 当2N〈N+4,即N〈4时，R(A1)〈R(A1，B1)方程组有无穷多组解； 当 2N=N+4,即N= 4 时，R(A1) =R(A1，Bl) = 2N方程组有唯一解； 当2N>N+4,即N>4时，R(A1) =R(A1，B1)〈2N方程组有最小二乘解； 其中R表示矩阵的秩； 当N多4时，采用最小二乘估计法对W1进行求解，于是有：
其中#丨为通过公式3计算出的变量向量W1的估计值； 目标的初始位置和运动速度为：
其中(<,I)为目标初始位置的估计值，（匕，乙)为目标速度在X轴，Y轴方向上的估计 值； 目标匀加速直线运动情况下的解： 当2N〈N+6,即N〈6时，R(A2)〈R(A2,B2)方程组有无穷多组解； 当 2N=N+6,即N= 6 时，R(A2) =R(A2,B2) = 2N方程组有唯一解； 当2N>N+6,即N>6时，R(A2) =R(A2,B2)〈2N方程组有最小二乘解， 其中R表示矩阵的秩； 当N彡6时，采用最小二乘估计法对W2进行求解，于是有：
其中#2为通过公式5计算出的变量向量W2的估计值； 目标的初始位置和运动速度为：
其中(七，U为目标初始位置的估计值，（^，&)为目标速度在X轴，Y轴方向上的估计 值，（a，气.)为目标加速度在X轴，Y轴方向上的估计值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4包括： 匀速直线运动情况下目标的当前位置（xt，yt):
匀速直线运动情况下目标的当前位置（xt，yt):
【专利摘要】本文公开了一种多光电探测系统中基于目标运动模型的定位方法。本发明是在多个光电探测站只上报空中目标的方位信息的前提下，基于目标运动模型，通过批处理定位算法对空中目标进行纯方位无源定位。在实际环境中，与将非同步的方位信息同步到同一时刻后按静止目标定位的传统方法相比，本发明不需要将方位信息进行时间同步，可以较大程度地减少引入的误差，提高运动目标纯方位定位的精度。
【IPC分类】G01S5-16
【公开号】CN104569915
【申请号】CN201510020723
【发明人】卜卿, 王妍妍, 王汉斌, 黄山良, 黄志良, 姚芬
【申请人】中国电子科技集团公司第二十八研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月15日