一種基于天線周期掃描時(shí)間差無源定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于天線周期掃描時(shí)間差無源定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無源雷達(dá)在應(yīng)用中具有隱蔽性好，探測隱身和低空目標(biāo)能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但由于 其無源特性導(dǎo)致無法對(duì)靜默目標(biāo)有效定位，同時(shí)也帶來了測量精度的問題。一般研究的無 源定位方法有基于到達(dá)時(shí)間法和測向線交叉定位法。基于到達(dá)時(shí)間法中雖然對(duì)到達(dá)時(shí)間 的精確測量能夠反映目標(biāo)徑向距離的變化，但是該方法存在著速度慢、精度低的弊端達(dá)時(shí) 間；測向線交叉定位法則要求觀測平臺(tái)有一定的機(jī)動(dòng)飛行，這為該技術(shù)的應(yīng)用帶來諸多的 不便，此外，跟蹤收斂速度慢、精度低也是該方法的嚴(yán)重缺點(diǎn)。
[0003] 雷達(dá)天線掃描周期是一項(xiàng)重要的雷達(dá)技術(shù)參數(shù)，天線掃描的測量方法較為簡單， 過去一般通過測量相鄰兩次雷達(dá)照射的時(shí)間差來確定天線掃描周期。當(dāng)目標(biāo)相對(duì)觀測平臺(tái) 進(jìn)行有一定規(guī)則的運(yùn)動(dòng)時(shí)，時(shí)間間隔將產(chǎn)生相應(yīng)的規(guī)則變化，因此通過天線周期掃描的時(shí) 間差可求得雷達(dá)狀態(tài)信息，但目前利用此項(xiàng)方法進(jìn)行定位的研究比較少見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決目前采用的無源定位方法中存在跟蹤收斂速度慢、精度低以及 需要一定機(jī)動(dòng)的問題，而提出的一種基于天線周期掃描時(shí)間差無源定位方法。
[0005] -種基于天線周期掃描時(shí)間差無源定位方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0006] 步驟一：建立坐標(biāo)系并得到各坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；
[0007] 建立觀測平臺(tái)坐標(biāo)系，以觀測平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閥軸方向，垂直y軸為X軸，y軸正 方向右側(cè)為X正方向；
[0008] 建立目標(biāo)坐標(biāo)系，將觀測平臺(tái)的速度等效到目標(biāo)上，采用等效后目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?y'軸方向，垂直y'軸為X'軸，y'軸正方向右側(cè)為X'正方向，此時(shí)的坐標(biāo)系相當(dāng)于目標(biāo)雷 達(dá)對(duì)觀測平臺(tái)的定位坐標(biāo)系，可以得到觀測平臺(tái)相對(duì)于目標(biāo)的位置（X'，y'），根據(jù)觀測平臺(tái) 坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到坐標(biāo)變換X=X'和y=y'，得到目標(biāo)相對(duì)于觀測平臺(tái) 在平臺(tái)坐標(biāo)系中的位置（x，y);
[0009] 建立大地坐標(biāo)系，以正北方位Y軸方向，正東方為X軸方向；當(dāng)目標(biāo)坐標(biāo)需要轉(zhuǎn)換 到大地坐標(biāo)下時(shí)，根據(jù)平臺(tái)坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即公式（1)-(3)，可得到大地 坐標(biāo)系下的目標(biāo)坐標(biāo)；

[0013] γ是觀測平臺(tái)坐標(biāo)系y方向和大地坐標(biāo)系Y方向的夾角；切是目標(biāo)在平臺(tái)坐標(biāo)系 中的方位角，X#目標(biāo)在大地坐標(biāo)系中X方向位置，Υ$目標(biāo)在大地坐標(biāo)系中Υ方向位置， X。為觀測平臺(tái)在大地坐標(biāo)系中X方向位置，yc為觀測平臺(tái)在大地坐標(biāo)系中Υ方向位置；
[0014] 步驟二：根據(jù)步驟一所述的平臺(tái)坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及大地坐標(biāo)系 與平臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以將目標(biāo)坐標(biāo)系中所求觀測平臺(tái)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系中目 標(biāo)坐標(biāo)，直接在目標(biāo)坐標(biāo)系中對(duì)觀測平臺(tái)位置進(jìn)行求解，等效后目標(biāo)進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 可以得到求解方程中X，y，T三個(gè)未知量需要的方程為：
[0016] 所述T為天線掃描周期，τ1=t1+1^，h為第i時(shí)刻天線掃描時(shí)間測量值，t1+1為 第i+Ι時(shí)刻天線掃描時(shí)間測量值，yi為目標(biāo)坐標(biāo)系中第i時(shí)刻平臺(tái)的y'方向坐標(biāo)，y1+1為 目標(biāo)坐標(biāo)系中第i+Ι時(shí)刻平臺(tái)的y'方向坐標(biāo)，y1+2為目標(biāo)坐標(biāo)系中第i+2時(shí)刻平臺(tái)的y'方 向坐標(biāo)，y1+3為目標(biāo)坐標(biāo)系中第i+3時(shí)刻平臺(tái)的y'方向坐標(biāo)；
[0017] 步驟三：求解公式（9)的方程組得到6組數(shù)學(xué)解，解的選取利用探測范圍的限制， 所述探測范圍為100~350km，在探測范圍內(nèi)的解記為可行解，進(jìn)一步篩選可行解集合時(shí)， 若有唯一解則將其作為解，若無可行解則將解計(jì)為零，有多組解可以取各解的平均值；
[0018] 步驟四：求解遞推最小二乘法的參數(shù)民、爲(wèi)和P。，將遺忘因子與民相乘得到R/， 將V、氧和P。帶入遞推最小二乘的基本公式，利用通過時(shí)間測量值計(jì)算得到的zi估計(jì)目 標(biāo)的真實(shí)位置得到估計(jì)值龍，所述Zi為第i時(shí)刻的觀測向量（Xdyi，I\)T，龍為第i時(shí)刻的 估計(jì)值矩陣(天,九文)1，為第i時(shí)刻天線掃描周期計(jì)算值，|為第i時(shí)刻天線掃描周期估 計(jì)值，為為目標(biāo)在X'方向坐標(biāo)的估計(jì)值，免為目標(biāo)在y'方向坐標(biāo)的估計(jì)值。
[0019] 本發(fā)明提出了一種遠(yuǎn)距離靜止目標(biāo)在僅有其雷達(dá)天線周期掃描時(shí)間差并且觀測 平臺(tái)處于勻速直線運(yùn)動(dòng)的條件下位置估計(jì)的方法，先對(duì)已知條件進(jìn)行分析，建立了平臺(tái)和 目標(biāo)之間坐標(biāo)系并獲得目標(biāo)位置的一種計(jì)算方法，同時(shí)對(duì)帶有測量誤差的定位結(jié)果采用遞 推最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化，得到了位置估計(jì)，本發(fā)明利用天線周期掃描時(shí)間差進(jìn)行定位，與目 前常規(guī)無源定位方法相比不需要角度測量值，本發(fā)明在平臺(tái)勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)即可實(shí)現(xiàn)定 位，不需要平臺(tái)進(jìn)行特殊形式機(jī)動(dòng)，僅利用天線掃描時(shí)間觀測值及平臺(tái)狀態(tài)即可完成對(duì)目 標(biāo)的定位，且定位精度隨時(shí)間測量精度提高而提高，是一種新的定位方式，對(duì)目前的無源定 位體制進(jìn)行了有效補(bǔ)充。
【附圖說明】
[0020] 圖1為目標(biāo)Tar和觀測器0的幾何關(guān)系示意圖；
[0021] 圖2為觀測平臺(tái)坐標(biāo)系圖；
[0022] 圖3為目標(biāo)坐標(biāo)系圖；
[0023] 圖4為觀測平臺(tái)坐標(biāo)系和目標(biāo)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系圖；
[0024] 圖5為大地坐標(biāo)系與觀測平臺(tái)坐標(biāo)系幾何關(guān)系圖；
[0025] 圖6為解的選取流程圖；
[0026] 圖7為目標(biāo)X方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 20S);
[0027] 圖8為目標(biāo)y方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 20S);
[0028] 圖9為天線掃描周期計(jì)算結(jié)果圖（T= 20S);
[0029] 圖10為目標(biāo)X方向計(jì)算誤差圖（T= 20S);
[0030] 圖11為目標(biāo)y方向計(jì)算誤差圖（T= 20S);
[0031] 圖12為天線掃描周期計(jì)算誤差圖（T= 20S);
[0032] 圖13為目標(biāo)X方向計(jì)算結(jié)果圖（增加噪聲后T= 20S);
[0033] 圖14為目標(biāo)y方向計(jì)算結(jié)果圖（增加噪聲后T= 20S);
[0034] 圖15為天線掃描周期計(jì)算結(jié)果圖（增加噪聲后T= 20S);
[0035] 圖16為目標(biāo)X方向計(jì)算誤差圖（增加噪聲后T= 20S);
[0036] 圖17為目標(biāo)y方向計(jì)算誤差圖（增加噪聲后T= 20S);
[0037] 圖18為天線掃描周期計(jì)算誤差圖（增加噪聲后T= 20S);
[0038] 圖19為目標(biāo)X方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0039] 圖20為目標(biāo)y方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0040] 圖21為天線掃描周期計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0041] 圖22為目標(biāo)X方向計(jì)算誤差圖（T= 10S);
[0042] 圖23為目標(biāo)y方向計(jì)算誤差圖（T= 10S);
[0043] 圖24為天線掃描周期計(jì)算誤差圖（T= 10S);
[0044] 圖25為間隔一點(diǎn)取點(diǎn)法所得目標(biāo)X方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0045] 圖26為間隔一點(diǎn)取點(diǎn)法所得目標(biāo)y方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0046] 圖27為間隔一點(diǎn)取點(diǎn)法所得天線掃描周期計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0047] 圖28為間隔一點(diǎn)取點(diǎn)法所得目標(biāo)X方向計(jì)算誤差圖（T= 10S);
[0048] 圖29為間隔一點(diǎn)取點(diǎn)法所得目標(biāo)y方向計(jì)算誤差圖（T= 10S);
[0049] 圖30為間隔一點(diǎn)取點(diǎn)法所得天線掃描周期計(jì)算誤差圖（T= 10S)
[0050] 圖31為間隔兩點(diǎn)取點(diǎn)法所得目標(biāo)X方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0051] 圖32為間隔兩點(diǎn)取點(diǎn)法所得目標(biāo)y方向計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);
[0052] 圖33為間隔兩點(diǎn)取點(diǎn)法所得天線掃描周期計(jì)算結(jié)果圖（T= 10S);<