基于相差测量的无源定位技术制造技术

本发明专利技术公开了一种通过测量相位差实现高精度测距的方法。首先，利用相移与频移间的函数关系，将从多普勒方程中所导出的机载测距公式转化为仅基于相差测量的机载单站对固定目标的定位方法。在此基础上，一方面基于机载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推导得到的严格测距解的近似表示式作比较，进一步将机载相差无源测距方法拓展为一种既不受自身平台运动状态限制，又能对机动目标进行实时探测的双站定位方法。由于相差测距解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，相差定位能以较少的站点获得更好的定位精度。本发明专利技术所给出的结果无疑为定位技术的发展开拓了一个新的研究方向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线电定位测量
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有时差定位体制所存在的不足，本专利技术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。本专利技术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；|drr1|=σφ2π(|2r1dDλ(λd)2(Δn12+Δφ122π)-1|+1)(Δn12-Δn34+Δφ12-Δφ342π)---(1)]]>式中：|dr/r1|是相对测量误差；σφ为相差测量误差的均方根值；r1是由设计指标所给出的最大探测距离；λ为信号波长；d为相位信号接收阵列的短基线长度；D为长基线长度；Δnij＝ni-nj是对应于相位信号接收阵列短基线d的、目标与探测阵列中两天线阵元之间径向距离的程差所包含的波长整周数，Δφij＝φi-φj为接收阵列短基线的两阵元之间的相位差。步骤2、按下式计算得到目标的距离：r1=dD[1-(λd)2(Δn12+Δφ122π)2]λ[(Δn12-Δn34)+Δφ12-Δφ342π]---(2)]]>步骤3、在双站应用时应使：1)两站之间的布站距离应大于等于长基线长度D；2)各站接收天线阵列的短基线方向应和两站间长基线的方向保持一致，并尽可能使长短基线保持在同一轴线上；3)在将副站探测得到的相关数据经通信链路传送到主站之后，系统按式(2)计算目标的距离，此时，Δn12和Δφ12为主站检测到的数据，Δn34和Δφ34为副站检测到的数据。步骤4、在单站应用时应使：1)单站探测平台沿直线运动；2)连续多点检测目标的相移信息，通常至少应进行两次检测；3)满足对最远探测目标距离的精度要求，探测平台的最小移动距离应大于等于长基线长度D；4)按式(2)计算运动平台与被测目标之间的距离，此时，如Δn12和Δφ12为探测平台前一次检测到的数据，则Δn34和Δφ34为紧接前一次后检测得到的数据。和现有的时差定位方法相比，本专利技术可带来以下有益效果：1、检测方法简单。对相位差的检测是当前较为成熟的测量技术，可直接利用现有相位干涉仪的测量技术及相关计算方法而予以实施。2、测量精度高。与时差定位体制不同，相差定位一方面与时间的变化无直接关联，站间无需采用精度很高的时间同步装置。一方面又与量值巨大的光速无关，故和至少需要采用十几公里长基线的多站时差定位技术比较，仅需几公里的基线即可实现对远距目标的精确定位。3、无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度测距定位方法，本专利技术的特征在于仅需检测被测目标信号的相移信息。

【技术特征摘要】
1.一种高精度测距定位方法，本发明的特征在于仅需检测被测目标信号的
相移信息。
2.根据权利要求1的测距定位方法，其特征是：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；
|drr1|=σφ2π(|2r1dDλ(λd)2(Δn12+Δφ122π)-1|+1)(Δn12-Δn34+Δφ12-Δφ342π)---(1)]]>式中：|dr/r1|是相对测量误差；σφ为相差测量误差的均方根值；r1是由设计指标
所给出的最大探测距离；λ为信号波长；d为接收阵列的短基线长度；D为两接
收阵列间的长基线距离；Δnij＝ni-nj是对应于相位信号接收阵列短基线d的、
目标与阵列中两天线阵元之间径向距离的程差所包含的波长整周数，
Δφij＝φi-φj为接收阵列短基线的两阵元之间的相位差。
3.根据权利要求1的测距定位方法，其特征是：按下式计算得到目标的距
离：
r1=dD[1-(λd)2(Δn12+Δφ122π)2]λ[(Δn12-Δn34)+Δφ12-&...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁涛，
申请(专利权)人：郁涛，
类型：发明
国别省市：上海;31