[发明专利]基于天线周期扫描时间差无源定位方法

摘要

基于天线周期扫描时间差无源定位方法，本发明涉及时间差定位方法。本发明是为了解决目前采用的无源定位方法中存在跟踪收敛速度慢、精度低以及需要一定机动的问题。本发明建立了平台和目标之间坐标系，并根据所建立坐标系及转换关系，获得目标位置的一种计算方法，利用探测范围的限制对所得目标位置的解进行选取，最后对带有测量误差的定位结果采用递推最小二乘法进行优化，得到了优化后位置估计。本发明仅利用天线扫描时间观测值及平台状态即可完成对目标的定位，此外对观测平台运动形式的限定少，且定位精度随时间测量精度提高而提高，是一种新的定位方式，对目前的无源定位体制进行了有效补充。本发明应用于无源定位领域。

主权项

基于天线周期扫描时间差无源定位方法，其特征在于，所述基于天线周期扫描时间差无源定位方法包括以下步骤：步骤一：建立坐标系并得到各坐标系间的转换关系；建立观测平台坐标系，以观测平台第一次接收到目标信号时的运动方向为y轴方向，垂直y轴为x轴，y轴正方向右侧为x轴正方向；建立目标坐标系，所述目标坐标系分为等效目标抖动模型坐标系和等效目标单向偏移模型坐标系；将观测平台的抖动和单向偏移等效到目标上，取观测平台第一次接收到目标信号时等效的目标运动方向为y'轴方向，垂直y'轴为x'轴，y'轴正方向右侧为x'轴正方向；设目标与观测平台在同一平面，目标雷达天线进行周期为T的圆周扫描，观测平台状态(x_i,v_x'i,y_i,v_y'i)^T已知，所述x_i为目标坐标系中第i时刻观测平台的x'方向坐标，y_i为目标坐标系中第i时刻观测平台的y'方向坐标，v_x'i为第i时刻观测平台的x'方向速度，v_y'i为第i时刻观测平台的y'方向速度，每次目标雷达扫描过观测平台时信号都能被捕获并被记录扫描时刻t_i，根据观测平台坐标系与目标坐标系的转换关系得到坐标变换x＝x'和y＝y'，得到目标相对于观测平台在观测平台坐标系中的位置(x,y)；建立大地坐标系，以正北方为Y轴方向，正东方为X轴方向；当目标坐标系中坐标需要转换到大地坐标下时，根据观测平台坐标系与大地坐标系的转换关系，即公式(1)‑(3)，可得到大地坐标系下的目标坐标；γ是观测平台坐标系y方向和大地坐标系Y方向的夹角；是目标在观测平台坐标系中的方位角，X_T为目标在大地坐标系中X方向位置，Y_T为目标在大地坐标系中Y方向位置，x₀为观测平台在大地坐标系中X方向位置，y₀为观测平台在大地坐标系中Y方向位置；步骤二：根据步骤一所述的观测平台坐标系与目标坐标系的转换关系以及大地坐标系与观测平台坐标系的转换关系，可以将目标坐标系中所求观测平台坐标转换为大地坐标系中目标坐标，直接在目标坐标系中对观测平台位置进行求解，当相邻两时刻目标与观测平台连线间的夹角大于0时，可以得到求解方程中x,y,T三个未知量需要的方程为：$\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{\π}({\mathrm{\τ}}_i-T)\[x^2+y^2-(y_{i+1}+y_i)y-(x_{i+1}+x_i)x+y_{i+1}{y}_i+x_{i+1}{x}_i\]-T\[x(y_{i+1}-y_i)-y(x_{i+1}-x_i)+y_i{x}_{i+1}-y_{i+1}{x}_i\]=0\\ 2\mathrm{\π}({\mathrm{\τ}}_{i+1}-T)\[x^2+y^2-(y_{i+2}+y_{i+1})y-(x_{i+2}+x_{i+1})x+y_{i+1}{y}_{i+1}+x_{i+2}{x}_{i+1}\]-T\[x(y_{i+2}-y_{i+1})-y(x_{i+2}-x_{i+1})+y_{i+1}{x}_{i+2}-y_{i+2}{x}_{i+1}\]=0\\ 2\mathrm{\π}({\mathrm{\τ}}_{i+2}-T)\[x^2+y^2-(y_{i+3}+y_{i+2})y-(x_{i+3}+x_{i+2})x+y_{i+3}{y}_{i+2}+x_{i+3}{x}_{i+2}\]-T\[x(y_{i+3}-y_{i+2})-y(x_{i+3}-x_{i+2})+y_{i+2}{x}_{i+3}-y_{i+3}{x}_{i+2}\]=0\end{array}\right.---\left(25\right)$所述T为天线扫描周期，τ_i＝t_i+1‑t_i，t_i为第i时刻天线扫描时间测量值，t_i+1为第i+1时刻天线扫描时间测量值，y_i+1为目标坐标系中第i+1时刻观测平台的y'方向坐标，y_i+2为目标坐标系中第i+2时刻观测平台的y'方向坐标，y_i+3为目标坐标系中第i+3时刻观测平台的y'方向坐标，x_i+1为目标坐标系中第i+1时刻观测平台的x'方向坐标，x_i+2为目标坐标系中第i+2时刻观测平台的x'方向坐标，x_i+3为目标坐标系中第i+3时刻观测平台的x'方向坐标；步骤三：求解公式(25)的方程组得到6组数学解，解的选取利用探测范围的限制，所述探测范围为100～350km，在探测范围内的解记为可行解，进一步筛选可行解集合时，若有唯一解则将其作为解，若无可行解则将解计为零，有多组解可以取各解的平均值；步骤四：求解递推最小二乘法的参数R_i、和P₀，将遗忘因子与R_i相乘得到R_i'，将R_i'、和P₀带入递推最小二乘的基本公式，利用通过时间测量值计算得到的z_i估计目标的真实位置得到估计值所述z_i为第i时刻的观测向量(x_i,y_i,T_i)^T，为第i时刻的估计值矩阵T_i为第i时刻天线扫描周期计算值，为第i时刻天线扫描周期估计值，为目标在x'方向坐标的估计值，为目标在y'方向坐标的估计值。