[发明专利]一种提高多点时差定位精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多点相关定位和多点无源定位领域，特别是在多点无源定位系统与雷达系统的组网应用方面，提供了一种可行的、实时的和高精度的定位实现方法。

背景技术

在多点相关定位和多点无源定位中，通常使用双曲线交叉定位算法对目标进行定位。双曲线交叉定位的基本原理是：目标的发射或反射的电磁波经不同的路径到达各个接收站的时间差不为零，根据双曲线(面)上任意一点到两个焦点的距离差为一常数，所以只要测得同一电磁波到达各个接收站之间的时间差就可以确定一组双曲线(对于空间定位是确定一组双曲面)。该双曲线(面)以路程差(时间差乘以电磁波的传播速度求得)为两支双曲线(面)的顶点之距、以两个接收站为双曲线(面)焦点，而目标就位于这组双曲线(面)的交点上。

多点无源定位的定位精度与到达时差的测量精度、定位算法、站点的部署样式以及目标相对站点的距离有关。在到达时差的测量精度一定的情况下，可以使用几何精度稀释因子(GDOP)来描述其他因素对定位精度的影响程度。因此，在定位系统的部署确定之后，GDOP只与定位算法有关。对于双曲线交叉定位算法，直观上来看，由于双曲线在远端会趋于渐近线，所以极小的到达时差的误差都会造成远端的定位精度极大的误差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：在多点相关定位和多点无源定位中，实现实时的、高精度的多点相关或多点无源定位。

本发明的技术解决方案为：一种提高多点时差定位精度的方法，方法依托的设备包括一个中心接收站、至少三个接收辅站、一台雷达或者询问机；方法步骤如下：

(1)由位置确定的询问机或者雷达向目标发射询问信号或者电磁波，目标在接收到询问信号之后发射相应的应答信号或者是目标反射电磁波；中心接收站及各接收辅站接收来自目标的应答信号或者反射的电磁波，同时接收来自询问机或者雷达的同步信息；

(2)中心接收站及各接收辅站对接收的信号进行数字下变频处理，各接收辅站将处理后的数字信号发送至中心接收站；

(3)中心接收站将各路数字信号进行脉冲匹配，并以同步信号为时间基准，测得询问机发射的应答信号或者雷达发射的电磁波经目标到达中心接收站及各个接收辅站的传输延时，测得目标发射应答信号或者反射的电磁波到达中心接收站及各个接收辅站的时间差；

(4)利用询问机发射的应答信号或者雷达发射的电磁波经目标到达中心接收站及各个接收辅站的传输延时，确定一个椭球或椭圆方程组；利用目标发射应答信号或者反射的电磁波到达中心接收站及各个接收辅站的时间差确定一个双曲面或双曲线方程组；联合求解上述双曲面或双曲线和椭球或椭圆方程组，即得到目标的空间位置或平面位置坐标。

所述的中心接收站和各接收辅站部署可以在固定平台，也可以部署在移动平台上。

所述的接收辅站与中心接收站之间采用短基线部署，基线长度小于10公里。

所述的基线长度典型值为0.1km～2km。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本方法中提出了一种新的定位方法来提高多点时差定位精度，即椭圆和双曲线交叉定位方法，其原理：雷达或询问机发射电磁波，照射到目标之后，目标反射电磁波或者发射应答电磁波；各个接收站不仅接收目标回波还同时接收雷达或询问机发射的同步信号，然后对回波进行预处理，并将预处理之后的数据发至中心接收站；中心接收站测得回波的到达时间相对于雷达或询问机的同步信号的延时，确定一组以雷达(或询问机)和接收站为焦点、以电磁波的传播距离(传播延时乘以电磁波的传播速度求得)的一半为长轴的椭圆(对于空间定位是确定一组椭球)。从直观上解释，由于椭圆是一闭合曲线，在焦距不变的情况下，随着长轴的增加，椭圆逐渐趋于圆，因此采用椭圆和双曲线交叉定位算法可以改善GDOP，从而提高系统对目标的定位精度，(能够使目标的定位精度提高一个数量级之多)。

(2)接收站点的基线较短、部署方便快捷，战场环境适应性强。该方法中部署站点的基线长度(数公里之内，典型值为0.1km～2km)较一般的双曲线交叉定位系统的基线长度(10km～50km，甚至达到100km)小一个数量级，使得可以非常方便快捷地展开部署。对于山区、海岛等复杂战场环境，由于短基线系统占用面积小，站点选址相对容易，对于战场环境的适应性较强。