移动单站对固定辐射源侧向定位算法研究.docx

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1、移动单站对固定辐射源侧向定位算法研究摘要：无线通信以及卫星导航技术促进无源定位技术成为了当下电子对抗领域中的热点课题。无源定位技术能够在自身不产生辐射的条件下，确定辐射源位置，其具有作用距离远以及抗干扰能力强的特征。为此论文针对无源侧向定位相关理论进行论述，在三维空间中，建立起移动单站对固定辐射源侧向定位与几何联合的新算法，并进行误差分析与仿真，按测量目标距地面观测站距离为30Okm计算，MA=O.06,AeB=0.01尸30m,可以计算得到rC=320m.即测量目标距地面观测站距离为30Okm时，系统空间定位误差最大为320m。当测量目标距地面观测站距离为IoOkm时，系统空间定位误差最大为

2、115m。因此计算方式的定位精度可以达到距离的0.12%o经过实验验证与结果分析发现，针对固定辐射源侧向定位领域中，该算法具有较好的应用性。关键词：移动单站；固定辐射源；无源侧向定位；误差分析无源Ii位系统是指在自身不辐射电磁波的条件下，被动地接收辐射源的电磁波（包括可见光和红外）信号，测量其各项参数，隐蔽地确定出目标位置及运动状态。无源定位技术从观测平台的数量上可分为单站无源定位技术和多站无源定位技术。传统的多站系统需要各站之间同步工作并进行大量的数据传输，此外还要求对集中的数据进行融和处理。这不仅使定位系统变得复杂，也限制了系统的独立性和机动性。而单站系统恰好克服了这些缺点，其良好的机动性

3、和独立性更能保证隐蔽地完成定位跟踪的任务。单站无源定位是指仅仅通过单个观测站测量目标辐射源的辐射信息得到目标的状态（包括位置、速度等）。依常规雷达定位原理而言，单一的无源观测器是无法测量出辐射源的位置的，因此对于辐射源的位置是不可观测的1。如果使单站观测器与辐射源之间发生相对几何位置的变化，则可在位置变化的过程中通过多次顺序测量获得目标的信息数据，估计出目标的位置和运动状态。笔者在三维空间中介绍了另一种单站定位算法，利用侧向设备接收到待测辐射源发出电磁波到达的角度以及到达角的变化率实现定位。由于同过去仅通过波达角参数测向定位相比，该算法还利用了波达角变化率参数，因此将其称作“对固定辐射源的波达

4、角变化率单站无源定位算法;同时针对该算法进行了误差分析和误差仿真，证实该算法的可行性。2波达角变化率定位原理由质点运动学可知，单站测向定位时，在测向终端与待测辐射源之间存在相对运动的情况下，除了可以测出波达方向角的大小，还可以根据测向平台的运动参数得到波达角的变化率，这里包括方位角变化率与俯仰角变化率。进行空中测向侦察时，侦察机的测量速度较快，这样就使得其他固定辐射源相对于测向设备随时间有了一个相对方向的变化，尤其是当辐射源与测向设备位于同一水平面时，二者之间相对方向的变化愈加明显，方向变化率也明显增高12o测向设备可以利用与目标辐射源之间存在相对方向变化率即波达角变化率这一特点，结合本身通过

5、测量得到的波达角参数和自身位置参数从而实现对目标的快速定位。但是当目标辐射源与机载测向设备处于同一运动轨迹时，二者之间的相对方向与角度并未发生变化，也就是波达角变化率为零，可知，此时该方法并不适用。因此波达角变化率定位方法并不是对于处于360。全方位的目标都能进行定位，而是可以对处于机载设备运动轨迹之外的目标实现定位。3定位模型如图4.1所示的三维空间波达角变化率定位原理图,测向平台AP(XPN,)的初始位置在坐标原点BO,做匀速直线运动，速度为CV(vx,vv,r)DEa,，乂，4)为位置不变的待测辐射源，目标辐射源与测向平台间的距离表示为:Fr=r=y(-,)+(yeyp)+(zezp),

6、辐射源相对于测向站的坐标记作G(MyZ)=(%-Xp,乂-,Ze-Zp)由于目标相对于测向平台的方位角H和俯仰角Ge。随着测向平台的不断运动在发生变化，因此可以利用二者的变化率来实现对待测辐射源的定位问题3-4。图1波达角变化率定位原理图如图1所示，由三角关系得出方位角PA的表达式：=arctanXP(1)对上式两边求导，整理后得到方位角变化率的表达式:化简后得出在方位角变化率下的距离表达式:尸=(一元CoS尸+psin)(BCOSe)(3)因此，利用方位角变化率定位，任意时刻t的目标E的坐标为:=+rtsin1cos,=xp,+(一芍cos仇+-yp,sinmSin1tyet=yptrtco

7、s,cosJ=ypt+(-COSt+-yptSinB)cost1t同样，由三角关系得出俯仰角BE的表达式：C*ZgzpZe-Z=arctan=arctan-J(5)dJU+(3Y对上式两边求导，整理后得到俯仰角变化率的表达式：_-zees+(xsin/3+ycos)sif(刀)r化简后得出在俯仰角变化率下的距离表达式：_-ZCOS+(xsin+ycosSinE(7)因此，利用俯仰角变化率定位，任意时刻的目标E的坐标为：=sinAs=X+zcos+(xsin+ycost)sinsincos/，1j(8)=pj+zptcost(xzsint+y1cost)sin与costcost/t4误差分析4.

8、1 定位误差分析假设观测量东、z、小小、A均有误差，其中B=匕，j=-vv,2=-匕各测量误差均值为零并且相互独立，误差分别为CbV。,.、/、吸oq将式(3),(7)两边对上述观测量求全微分得到下式I5ocosrcosjsin、cosJrxsin/y+ycos/yY+一1cos夕+夕Sin夕Sn(cosr-xcos+ysinY12cos)(9)sinsine、COS尸Sing(xcos-CoS)sinZSin+(%Sin夕+ycoSp)COSzcos+(xsin+jcos/7)sin由式(9)可知，分母AS=O,与BCoS=0,即C=90时，等式左边均为无穷大。说明在利用方位角变化率进行定位

9、时，如果测向平台的运动轨迹是在待测辐射源与其连线方向上，以及测向平台与辐射源的连线同水平面垂直时，定位误差均为无限大，此时不能用该方法进行定位。由式(10)可知，分母A时，等式左边无穷大。使得B=0的情况有三种，一是测向平台的运动轨迹是在待测辐射源与其连线方向上;二是测向平台的运动轨迹在待测辐射源所在的水平面上;三是测向平台的运动轨迹在以二者连线作为母线形成的锥面上。说明在利用俯仰角变化率进行定位时，以上三种情况定位误差无限大，不适用于该方法6-7o4.2 定位误差仿真图2为测向平台通过一次测量，分别利用方位角变化率以及俯仰角变化率进行定位所得到的等误差仿真曲线，数值单位为km。A/口气力W.

10、o,q仿真条件是:测向平台沿X轴做匀速直线运动，Bv=200vs,C=e-IOmrad,D=OJnirad/s,E=v=5m。测向设备高度Fze=50km,观测区域在x,y方向均为-90km-90km0其中图2的仿真条件是定位时测向平台位于坐标原点，图2的仿真条件是定位时测向平台从坐标原点沿X轴方向匀速运动了t=100s8o波达方向角变化率定位等误差曲线仿真图如下：图2波达方向角变化率定位等误差曲线仿真图综合比较以上分别利用方位角变化率参数以及俯仰角变化率参数进行测向定位所得到的等误差曲线图，得出以下结论:（1）方位角变化率和俯仰角变化率影响下的等误差曲线图都关于测向站所在的位置成轴对称，并且

11、利用两种参数定位的误差变化均比较稳定，定位效果较好。（2）在进行单次测量时，定位误差都随着测向站与目标辐射源之间的距离的增大而增大。（3）相比较而言，根据方位角变化率测向定位的误差要比根据俯仰角变化率测向定位的误差小，定位精度高19o4.3系统空间定位误差估算利用无线电测距、测向系统获得了同一时刻测量目标与地面观测站的距离值和来波方位角，以及通过高度表传回的高度值计算出俯仰角后，就可以利用式数学模型进行定位计算，误差导致的空间定位误差最大值是小按测量目标距地面观测站距离为30Okm计算，MA=O.06,BAe=0.01,r=30m,可以计算得到Cr=320m。最大为320mo最大为115mo即

12、测量目标距地面观测站距离为300km时，系统空间定位误差当测量目标距地面观测站距离为IOOkm时，系统空间定位误差因此计算方式的定位精度可以达到距离的0.12%o5论文小结本文针对移动单站的定位必须实现快速和稳定跟踪的要求，提出了一种通过快速测量空中目标辐射源到达方位角、俯仰角和目标与固定观测站点的距离，实现移动单站对三维运动无线电辐射源的合作式高精度定位方法，为实现高精度定位的工程应用增添了一种新的解决途径。并通过对常用的无线电测距和测角方法中影响测量误差的各方面因素的详细分析，计算了利用该方法可以实现的定位精度。根据实际定位系统的测量试验结果可以看出，利用该方法对空中高速移动目标定位，精度可以达到距离的0.1%左右，远远优于常用其它定位方法实现的定位精度。该方法可以应用于对空中移动目标的位置测量、航迹修正或着陆引导等系统中。参考文献：