[发明专利]基于相差测量的无源定位技术

说明书

技术领域

本发明属于无线电定位测量技术领域，具体涉及一种应用相差测量技术实现远距高精度测距的方法。

背景技术

无源定位本身不发射信号，其通过对目标所辐射的电磁信号的搜索、测量和处理得到目标的位置及参数信息，进一步得到目标的航迹。无源定位具有作用距离远，隐蔽性好的特点。在目前的技术条件下，多站无源定位技术仍是更为有效的远距无源探测定位方法。其中时差定位体制由于具有较好的定位精度、较高的空间分辨力等优点成为无源系统发展的一个主要方向。

现有的陆基多站无源定位系统主要采用长基线时差测量体制，通常由4个部分——地面雷达、左侧监测站、右侧监测站和中心监测站组成。首先通过3个监测站同时观测空中目标，各站的检测信息都送到中心监测站，经信息处理后，取出3站捕捉同一目标信号的时间差，再经计算机系统进行快速运算后确定目标的位置。多站时差定位系统的站间距离为10-35公里，最大探测距离可达到数百公里。

然而，为能获得较高的定位精度，现有的时差定位系统亦存有诸多的缺陷：

1、对站间的时间同步和相位同步有着极高的要求，需要精确的时间基准装置，从而为测量信号的时域参数提供依据。为了保障系统能够完成高可靠的同步要求，时差定位系统需采用微波通信直接同步方式或利用导航卫星定位系统间接同步的方式实现站间的时间和相位同步。

2、站间距离必须足够长。根据现有的误差分析理论，为了获得较高的时差定位精度，时差定位系统的站间的基线长度必须足够的长，一般需要大于十几公里。为此，在实际工程上，时差定位系统的布站寻址往往是一件较为困难的任务。

3、对高重频信号的定位模糊性。长基线时差体制对各站的脉冲到达时如何进行配对是必须解决的问题，一般情况下系统以中心站为基准，各辅站的信号通过微波传送到中心站进行到达时间的测量，因比各辅站的信号到达时间与中心站相比应大于一倍的站间距离信号传输时间，同时小于两倍的站间距离传输时间。对于低重频的信号采用此判据可配对出同一脉冲信号。但对于高重频的信号，由于在上述准则中可接收到多个脉冲信号，如何对此进行配对分选是系统的关键问题，也是系统的难题。高重复频率的脉冲会引起测量模糊，并在识别处理过程中会遗留下少数回波脉冲无法配对。

发明内容

针对现有时差定位体制所存在的不足，本发明的目的在于给出一种通过测量相位差即可实现远距高精度测距定位的方法。

相位干涉技术目前主要被用于无源测向，但事实上，相移与距离有着直接的对应关系，且根据这种对应关系即可获得与多站时差定位方程完全类似的相差定位方程。并且，由于相差定位的误差测量方程与量值巨大的光速无关，故和时差定位技术比较，多站相差定位显然能够获得更好的定位精度。

现有相差测量技术不能用于测距定位的主要障碍在于：目前仅能在短基线上有效的求解相位模糊，并获得较高的相位测量精度。而现有各类基于程差测量的定位方式都具有基线长度与测量精度成正比的特性，故短基线通常无法实现远距离的精确定位。

本发明是通过如下技术方案实现的：

首先，由多普勒方程推导得到的机载多普勒无源测距公式。

其次，基于相移与频移间的函数关系，将基于多普勒测量的机载无源测距公式转化为仅基于相差测量的机载无源测距公式。

在此基础上，一方面基于相差测距解与探测平台自身运动速度无关的特性，另一方面通过和基于相差定位方程所推导得到的严格测距解的近似表示式作比较，将机载多普勒-相差测距方法拓展为一种不受自身平台运动状态限制、既可单站、也可双站应用的相差测距方法。且双站组网可实现对机动目标的实时探测。误差分析表明，只要两站间的距离，或运动单站探测平台在两次探测时的移动距离大于1公里，即可实现测距误差小于5％R的技术要求。所给出的结果无疑为远距无源定位技术的发展开拓了一个新的研究方向。

具体包括以下步骤：

步骤1、根据设计指标所规定的相对测量误差、最远探测距离、所采用的相位干涉仪接收阵列的基线长度、以及相差测量误差的均方根值等参数，由相对误差测量方程(1)通过数值计算，确定站间基线长度D；