基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法技术

基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，属于无源定位领域。传统方法进行无源定位时所需观测站数目多，定位精度低和测量误差大。本发明专利技术方法通过在模拟作战环境的空间直角坐标系中建立两架观测飞机与目标辐射源之间的空间观测模型；利用观测飞机观测目标辐射源到达观测飞机的方位角和俯仰角的观测信息；之后建立线性观测方程的矩阵形式；之后建立两架观测飞机联合的基本观测方程；之后建立两架观测飞机联合的矩阵形式的最终观测方程；之后利用最小二乘估计方法求解最终观测方程，得到目标辐射源的空间位置坐标。本发明专利技术计算出的目标坐标精度高，且复杂度低，计算量小，实现速度快。

Two-machine passive location method based on azimuth and elevation information

Two-machine passive location method based on azimuth and elevation information belongs to the field of passive location. The traditional passive positioning method requires a large number of observation stations, low positioning accuracy and large measurement error. The method of the invention establishes the space observation model between two observation aircraft and the target radiator in the space rectangular coordinate system simulating the combat environment, uses the observation information of the azimuth and elevation angle of the observation aircraft to observe the target radiator, establishes the matrix form of the linear observation equation, and establishes the basic observation equation of the joint observation of two observation aircraft. Then, the final observation equation in matrix form is established, and the least square estimation method is used to solve the final observation equation to obtain the spatial coordinates of the target emitter. The target coordinate calculated by the invention has high precision, low complexity, small calculation amount and fast realization speed.

【技术实现步骤摘要】
基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法
本专利技术涉及机载平台的无源定位方法，特别涉及一种双机无源定位方法。
技术介绍
传统雷达所面临的四大威胁：电子干扰、隐身、反辐射摧毁和低空突防，促使雷达向隐蔽化，抗干扰的方向发展。需要对无源定位技术的算法研究。针对于传统雷达暴露出来的缺陷，并且在越来越要求隐蔽性进攻的的趋势下，采用被动工作方式的无源定位探测技术得到了广泛的关注和重视，正在被各个国家发展为定位的主要方式。无源探测系统是指利用目标对已经在空间存在的非合作辐射源的反射或目标自身辐射的电磁信号，探测目标的存在，获取目标的信息，并以一定的精度给出目标的空间坐标的探测系统。它兼顾了常规低频雷达的优点而又具有较强的生存能力和抗隐身特性，作为传统探测手段的一种补充，无源探测系统具有广阔的发展前景和重要的军用及民用价值。与有源主动方式的侦察定位相比，无源系统具有作用距离远，被动探测，隐蔽接受，生存能力强等诸多优点，以逐渐发展为未来武器装备中不可或缺的部分。现有的无源定位方法，多采用多站测时间差或频差的方式，并且往往定位计算量较大，在机载平台上较难实现高精度的瞬时定位的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统方法进行无源定位时存在需要的观测站数目多，定位精度低和测量误差大的问题，而提出一种基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法。一种基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，所述的定位方法通过一下步骤实现：步骤一、模拟作战环境，在空间直角坐标系中建立两架观测飞机与目标辐射源之间的空间观测模型；步骤二、在步骤一建立的空间观测模型中，利用观测飞机观测目标辐射源到达观测飞机的方位角和俯仰角的观测信息，得出观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系；步骤三、利用步骤一建立的空间观测模型，并将步骤二得到的观测信息进行转化和化简建立线性观测方程的矩阵形式；步骤四、将两架观测飞机的线性观测方程的矩阵形式进行简化并联合，建立两架观测飞机联合的基本观测方程，并得到目标辐射源的瞬时空间位置坐标；步骤五、在步骤四的基础上，随着观测时刻的增加，建立两架观测飞机联合的矩阵形式的最终观测方程；步骤六、对于步骤五多个时刻得到的个数为4*t的矩阵形式的最终观测方程组，利用最小二乘估计求解过定的矩阵形式的最终观测方程，得出得到目标辐射源的空间位置坐标；其中，t表示观测时刻。本专利技术的有益效果为：本专利技术从无源定位的本质特征入手，从双机定位的实际场景出发，建立基本的观测模型。仅仅通过对方位角和俯仰角的测量，利用观测飞机和辐射源目标之间的相对位置关系和参数之间的几何关系，推导出只含有角度参量的观测方程，再利用最小二乘估计的方法，对时间累积的线性方程组进行求解，即可得出目标辐射源的位置坐标。现有的无源定位技术大多数都利用多站进行观测的，多站之间需要进行大量的组网数据通信，并且需要解决时间同步的问题才能进行后续信号处理，所以在机载平台上应用并不多；对于单站定位，瞬时的观测信息较少，无法达到瞬时定位的要求，一般精度较低收敛速度较慢，需要进行运动的持续的观测；而本专利技术仅仅采用两架观测飞机进行定位，降低了定位所需观测站，且两机联合就能够实现瞬时定位。两架观测飞机形成双机配合作战，是协同空战的一种主要模式，作为规模最小最基本的空中作战单元，其机动性和灵活性很强，配合作战容易实现，容易发挥出一加一大于二的效果。并且双机观测时，不需要过多的考虑布站位置的要求，只要目标与两架飞机不出现空间共线的情况，则都可以瞬时求解出辐射源目标的空间位置坐标。本专利技术提出的方位角俯仰角观测模型和方程，结合最小二乘估计进行求解有着突出的优势。仅利用方位角和俯仰角作为观测量，从测量手段上就大大减少了误差的引入。在此基础上建立的观测方程，具有良好的线性特性，摆脱了传统无源定位中非线性方程难以高精度求解的难题。此观测模型可对目标持续观测，随着时间累积获得的角度观测参数更加丰富，所计算出的目标坐标精度也更高。此方法复杂度较低，计算量小，实现速度快，而且对目标的定位精度高。定位精度与其他两机联合方法相比提高4-6倍。附图说明图1为本专利技术方法的步骤流程图；图2为本专利技术双机协同对辐射源目标的观测模型；图3为本专利技术在测角误差为0.5°，观测20s进行20次估计的仿真实验结果图；图4为本专利技术在测角误差为0.5°，观测30s进行20次估计的仿真实验结果图；图5为本专利技术在测角误差为0.1°，观测20s进行20次估计的仿真实验结果图；图6为本专利技术在测角误差为0.1°，观测30s进行20次估计的仿真实验结果图；图7为利用TDOA/AOA联合方法1在测角误差为0.5°，观测20s进行20次估计的仿真实验结果图；图8为利用TDOA/AOA联合方法1在测角误差为0.1°，观测20s进行20次估计的仿真实验结果图；图9为利用TDOA/AOA联合方法2在测角误差为0.5°，观测20s进行20次估计的仿真实验结果图；图10为利用TDOA/AOA联合方法2在测角误差为0.1°，观测20s进行20次估计的仿真实验结果图；图3-图10中星号表示目标，圆圈表示估计点。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，如图1所示，所述方法通过以下步骤实现：步骤一、模拟作战环境，在空间直角坐标系中建立两架观测飞机与目标辐射源之间的空间观测模型；如图2所示；步骤二、在步骤一建立的空间观测模型中，利用观测飞机观测目标辐射源到达观测飞机的方位角和俯仰角的观测信息，得出观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系；步骤三、利用步骤一建立的空间观测模型，并将步骤二得到的观测信息进行转化和化简建立线性观测方程的矩阵形式；步骤四、将两架观测飞机的线性观测方程的矩阵形式进行简化并联合，建立两架观测飞机联合的基本观测方程，并得到目标辐射源的瞬时空间位置坐标；步骤五、在步骤四的基础上，随着观测时刻的增加，建立两架观测飞机联合的矩阵形式的最终观测方程；步骤六、对于步骤五多个时刻得到的个数为4*t的矩阵形式的最终观测方程组，并且最终观测矩阵为满秩，观测方程数目远多于未知数个数，利用最小二乘估计求解过定的矩阵形式的最终观测方程，得出得到目标辐射源的空间位置坐标。具体实施方式二：与具体实施方式一不同的是，本实施方式的基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，步骤二所述的观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系过程中，首先确定1号观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系表示为：式中，目标辐射源的位置坐标为u＝(xT，yT，zT)T，观测飞机的位置坐标为S1＝(x1，y1，z1)T，θ1表示目标辐射源到达1号观测飞机的方位角，φ1表示目标辐射源到达1号观测飞机的俯仰角，r1表示到1号观测飞机到目标之间的距离；θ1和φ1是测量值，r1是未知量并先做中间变量，在之后的公式推导和计算中可以将其消去；然后，建立单位角度向量A1满足的等式关系，如公式(2)和(3)所示：同理，获得2号观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系。具体实施方式三：与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，步骤三所述的利用步骤一建立的空间观测模型，并将步骤二得到的观测信息进行转化和化简建立线性观测方程的矩阵形式的过程中，首先进行1号观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：步骤一、模拟作战环境，在空间直角坐标系中建立两架观测飞机与目标辐射源之间的空间观测模型；步骤二、在步骤一建立的空间观测模型中，利用观测飞机观测目标辐射源到达观测飞机的方位角和俯仰角的观测信息，得出观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系；步骤三、利用步骤一建立的空间观测模型，并将步骤二得到的观测信息进行转化和化简建立线性观测方程的矩阵形式；步骤四、将两架观测飞机的线性观测方程的矩阵形式进行简化并联合，建立两架观测飞机联合的基本观测方程，并得到目标辐射源的瞬时空间位置坐标；步骤五、在步骤四的基础上，随着观测时刻的增加，建立两架观测飞机联合的矩阵形式的最终观测方程；步骤六、对于步骤五多个时刻得到的个数为4*t的矩阵形式的最终观测方程组，利用最小二乘估计求解过定的矩阵形式的最终观测方程，得出得到目标辐射源的空间位置坐标；其中，t表示观测时刻。

【技术特征摘要】
1.一种基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：步骤一、模拟作战环境，在空间直角坐标系中建立两架观测飞机与目标辐射源之间的空间观测模型；步骤二、在步骤一建立的空间观测模型中，利用观测飞机观测目标辐射源到达观测飞机的方位角和俯仰角的观测信息，得出观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系；步骤三、利用步骤一建立的空间观测模型，并将步骤二得到的观测信息进行转化和化简建立线性观测方程的矩阵形式；步骤四、将两架观测飞机的线性观测方程的矩阵形式进行简化并联合，建立两架观测飞机联合的基本观测方程，并得到目标辐射源的瞬时空间位置坐标；步骤五、在步骤四的基础上，随着观测时刻的增加，建立两架观测飞机联合的矩阵形式的最终观测方程；步骤六、对于步骤五多个时刻得到的个数为4*t的矩阵形式的最终观测方程组，利用最小二乘估计求解过定的矩阵形式的最终观测方程，得出得到目标辐射源的空间位置坐标；其中，t表示观测时刻。2.根据权利要求1所述的基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，其特征在于：步骤二所述的观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系过程中，首先确定1号观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系表示为：式中，目标辐射源的位置坐标为u＝(xT，yT，zT)T，观测飞机的位置坐标为S1＝(x1，y1，z1)T，θ1表示目标辐射源到达1号观测飞机的方位角，φ1表示目标辐射源到达1号观测飞机的俯仰角，r1表示到1号观测飞机到目标之间的距离；θ1和φ1是测量值，r1是未知的中间变量；然后，建立单位角度向量A1满足的等式关系，如公式(2)和(3)所示：同理，获得2号观测飞机与目标辐射源位置坐标之间的关系。3.根据权利要求2所述的基于方位角和俯仰角信息的双机无源定位方法，步骤三所述的利用步骤一建立的空间观测模型，并将步骤二得到的观测信息进行转化和化简建立线性观测方程的矩阵形式的过程中，首先进行1号观测飞机线性观测方程的矩阵形式的建立过程为：对步骤二得到的公式(2)的等号两侧同时左乘对...

【专利技术属性】
技术研发人员：任广辉，魏俊杰，熊阿龙，冯梦飞，何胜阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23