一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法技术

本发明专利技术涉及一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法，通过采用多主动雷达对物体交汇定位的方法，利用平台的位置信息和雷达的测距信息建立空间解析几何模型，通过求解方程组直接解算出物体点的大地坐标系位置信息，不涉及传统方法中利用时间差求解高次方程组和迭代初值的问题，大大降低了计算复杂度，并显著提高了定位精度；解决了目前机载主动雷达受载机姿态和雷达测角信息影响较大、基于辐射源的多雷达无源定位对物体的辐射源有要求等问题，实现对地面静止物体和慢速移动物体的高精度定位。

【技术实现步骤摘要】
一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法
本专利技术涉及一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法，尤其涉及一种基于多主动雷达组网通过对物体的测距信息对地面物体进行定位解算的方法，属于物体探测

技术介绍
对地面物体的高精度定位，在诸多民用系统中具有极其重要的意义，可以为物体提供可靠的服务，起到安全保障作用。目前的机载雷达对地面物体的定位方法主要包括以下两种：单个主动雷达定位、基于辐射源的多雷达协同无源定位。其中机载单个主动雷达定位是通过测量物体相对于飞机的方位角、俯仰角和距离，辅以飞机的位置信息实现对物体的定位；基于辐射源的多雷达无源定位通过多个雷达组网接收辐射源信号源到达各机载被动雷达接收机之间的时间差以及飞机的位置信息来最终确定物体的位置。单个主动雷达定位精度易受平台的位置参数、平台的姿态信息、雷达测角信息、雷达测距信息等多个因素影响，特别是平台的姿态误差和雷达的测角信息受外部环境的影响较大难以实现对物体的精确定位。基于辐射源的多雷达无源定位仅与平台的位置信息、辐射源到雷达的时间及各平台的时间同步相关，该方法具有作用距离远，隐蔽性好等优点，但是该方法要求跟踪物体必须辐射相应的电磁波，对无辐射源物体或者雷达静默的物体无法实现定位。本专利技术采用多个机载主动雷达组网实现对地面物体的定位，该方法的解算结果仅与平台位置信息、雷达测距信息和平台的时间同步相关，与平台的姿态和雷达的测角信息无关，其定位原理与基于辐射源的多雷达无源定位原理相似定位的精度较高，且对自身没有辐射源的物体也可以高精度定位，目前该方法还未见报道。目前，国内的机载主动雷达定位都是基于单个机载雷达，通过载机的导航信息和雷达的测量信息解算物体的位置，如《雷达科学与技术》2011年第1期第9卷发表的“机载雷达探测精度评估方法研究”对载机的导航误差(载机的定位精度、姿态角误差)和机载雷达本身的量测误差(距离误差、方位角误差和俯仰角误差)在机载雷达探测数据在不同坐标系中的影响进行系统分析。国内的机载多雷达协同定位都是基于物体是有辐射源的无源定位，通过解算物体到多个机载雷达之间的时差实现定位，如《电子信息对抗技术》2012年第4期发表的“一种机载无源雷达组网定位技术”一文，主要提出了一种战斗机机载无源雷达协同组网测时差定位的策略，分析了影响多机协同高度假设测时差定位算法的定位精度的因素，该文章是对多个机载被动雷达组网实现对地面物体进行定位的算法进行研究，解决的是基于有辐射源物体的高精度定位问题，没有涉及到主动雷达组网对物体定位算法的研究。上述的研究内容和成果与本专利技术的实现方法不同，与本专利技术的权利要求没有冲突。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法，该方法解决了目前机载主动雷达受载机姿态和雷达测角信息影响较大、基于辐射源的多雷达无源定位对物体的辐射源有要求等问题，实现对地面静止物体和慢速移动物体的高精度定位。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法，包括如下步骤：步骤(一)、采用三架无人机对同一地面物体进行搜索，将首先搜索到所述地面物体的无人机定义为主机，主机根据在WGS-84坐标系中自身的位置坐标、对物体的测距值和对物体的测角值解算出所述地面物体的位置坐标S0，并将位置坐标S0发送给其余两架无人机，其余两架无人机根据位置坐标S0对所述地面物体进行搜素，当搜索到地面物体后，其余两架无人机将对地面物体的测距值和无人机在WGS-84坐标系中自身的位置坐标发送给主机；步骤(二)、设主机在WGS-84坐标系中自身的位置坐标为P1(x1,y1,z1)、其余两架无人机自身的位置坐标分别为P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3)，主机对地面物体的测距值为r1，其余两架无人机对地面物体的测距值分别为r2,r3，求解地面物体的位置坐标S(x,y,z)，具体方法如下：令：其中d1,d2,d3均为中间变量，无含义；X,Y,Z均为中间变量，无含义；a1b1,c1,a2,b2,c2均为中间变量，无含义；结合式(1)和式(2)可以得到：d1＝X2+Y2+Z2(3)d2＝(X-a1)2+(Y-b1)2+(Z-c1)2(4)d3＝(X-a2)2+(Y-b2)2+(Z-c2)2(5)令式(3)减去式(4)得到式(7)，式(3)减去式(5)得到式(8)：d1＝X2+Y2+Z2(3)d1-d2+a12+b12+c12＝2a1X+2b1Y+2c1Z(7)d1-d3+a22+b22+c22＝2a2X+2b2Y+2c2Z(8)令D2＝(d1-d2+a12+b12+c12)/2,D3＝(d1-d3+a22+b22+c22)/2，则上式变为：d1＝X2+Y2+Z2(3)D2＝a1X+b1Y+c1Z(10)D3＝a2X+b2Y+c2Z(11)其中D2,D3均为中间变量，无含义；联立式(10)和式(11)可以得出如下公式：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z(12)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z(13)令m1，m2，n1，n2满足：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z＝m1+n1Z(14)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z＝m2+n2Z(15)其中m1，m2，n1，n2均为中间变量，无含义；将式(14)和式(15)代入式(3)可以得到：d1＝(m1+n1Z)2+(m2+n2Z)2+Z2(16)将上式整理得：(1+n12+n22)Z2+(2m1n1+2m2n2)Z+(m12+m22-d1)＝0(17)令β＝1+n12+n22,δ＝2m1n1+2m2n2,u＝m12+m22-d1解得：其中β,δ,u均为中间变量，无含义；舍去Z为负数的值，将Z的值分别代入式(12)和式(13)即可解得X，Y的值，根据式(2)进一步解算出地面物体的坐标S(x,y,z)。在上述机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法中，无人机上加装探测载荷为主动单脉冲雷达；无人机的自身位置坐标通过GPS测量得到；其余无人机向主机通过机载数据链传输自身的位置坐标和对地面物体的测距值；三架无人机的时间同步通过GPS授时实现。在上述机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法中，三架无人机自身的位置坐标和对地面物体的测距值均为同一时刻的测量值。在上述机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法中，步骤(一)中若两架无人机同时搜索到地面物体，定义其中一架无人机为主机，主机根据在WGS-84坐标系中自身的位置坐标、对地面物体的测距值和对地面物体的测角值解算出所述地面物体的位置坐标S0，并将位置坐标S0发送给未搜索到地面发现物体的无人机，所述未搜索到地面发现物体的无人机根据位置坐标S0对地面物体进行搜素，搜索到地面物体后将无人机对地面物体的测距值和无人机在WGS-84坐标系中自身的位置坐标发送给主机；同时另外一架搜索到地面物体的无人机也将对地面物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、采用三架无人机对同一地面物体进行搜索，将首先搜索到所述地面物体的无人机定义为主机，主机根据在WGS‑84坐标系中自身的位置坐标、对物体的测距值和对物体的测角值解算出所述地面物体的位置坐标S0，并将位置坐标S0发送给其余两架无人机，其余两架无人机根据位置坐标S0对所述地面物体进行搜素，当搜索到地面物体后，其余两架无人机将对地面物体的测距值和无人机在WGS‑84坐标系中自身的位置坐标发送给主机；步骤(二)、设主机在WGS‑84坐标系中自身的位置坐标为P1(x1，y1，z1)、其余两架无人机自身的位置坐标分别为P2(x2，y2，z2)，P3(x3，y3，z3)，主机对地面物体的测距值为r1，其余两架无人机对地面物体的测距值分别为r2，r3，求解地面物体的位置坐标S(x，y，z)，具体方法如下：(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=r12(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=r22(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2=r32---(1)]]>令：d1=r12,d2=r22,d3=r32;X=x-x1,Y=y-y1,Z=z-z1;a1=x2-x1,b1=y2-y1,c1=z2-z1;a2=x3-x1,b2=y3-y1,c2=z3-z1;---(2)]]>其中d1，d2，d3均为中间变量，无含义；X，Y，Z均为中间变量，无含义；a1b1，c1，a2，b2，c2均为中间变量，无含义；结合式(1)和式(2)可以得到：d1＝X2+Y2+Z2             (3)d2＝(X‑a1)2+(Y‑b1)2+(Z‑c1)2                (4)d3＝(X‑a2)2+(Y‑b2)2+(Z‑c2)2            (5)令式(3)减去式(4)得到式(7)，式(3)减去式(5)得到式(8)：d1＝X2+Y2+Z2            (3)d1‑d2+a12+b12+c12＝2a1X+2b1Y+2c1Z         (7)d1‑d3+a22+b22+c22＝2a2X+2b2Y+2c2Z     (8)令D2＝(d1‑d2+a12+b12+c12)/2，D3＝(d1‑d3+a22+b22+c22)/2，则上式变为：d1＝X2+Y2+Z2        (3)D2＝a1X+b1Y+c1Z         (10)D3＝a2X+b2Y+c2Z        (11)其中D2，D3均为中间变量，无含义；联立式(10)和式(11)可以得出如下公式：X＝(b2D2‑b1D3)/(b2a1‑a2b1)+(b1c2‑c1b2)/(b2a1‑a2b1)Z   (12)Y＝(a2D2‑a1D3)/(a2b1‑b2a1)+(a1c2‑c1a2)/(a2b1‑b2a1)Z   (13)令m1，m2，n1，n2满足：X＝(b2D2‑b1D3)/(b2a1‑a2b1)+(b1c2‑c1b2)/(b2a1‑a2b1)Z＝m1+n1Z   (14)Y＝(a2D2‑a1D3)/(a2b1‑b2a1)+(a1c2‑c1a2)/(a2b1‑b2a1)Z＝m2+n2Z   (15)其中m1，m2，n1，n2均为中间变量，无含义；将式(14)和式(15)代入式(3)可以得到：d1＝(m1+n1Z)2+(m2+n2Z)2+Z2          (16)将上式整理得：(1+n12+n22)Z2+(2m1n1+2m2n2)Z+(m12+m22‑d1)＝0   (17)令β＝1+n12+n22，δ＝2m1n1+2m2n2，u＝m12+m22‑d1解得：Z=-δ±δ2-4βu2β---(18)]]>其中β，δ，u均为中间变量，无含义；舍去Z为负数的值，将Z的值分别代入式(12)和式(13)即可解得X，Y的值，根据式(2)进一步解算出地面物体的坐标S(x，y，z)。...

【技术特征摘要】
1.一种机载多主动雷达测距的地面物体高精度定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、采用三架无人机对同一地面物体进行搜索，将首先搜索到所述地面物体的无人机定义为主机，主机根据在WGS-84坐标系中自身的位置坐标、对物体的测距值和对物体的测角值解算出所述地面物体的位置坐标S0，并将位置坐标S0发送给其余两架无人机，其余两架无人机根据位置坐标S0对所述地面物体进行搜素，当搜索到地面物体后，其余两架无人机将对地面物体的测距值和无人机在WGS-84坐标系中自身的位置坐标发送给主机；步骤(二)、设主机在WGS-84坐标系中自身的位置坐标为P1(x1,y1,z1)、其余两架无人机自身的位置坐标分别为P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3)，主机对地面物体的测距值为r1，其余两架无人机对地面物体的测距值分别为r2,r3，求解地面物体的位置坐标S(x,y,z)，具体方法如下：令：其中d1,d2,d3均为中间变量，无含义；X,Y,Z均为中间变量，无含义；a1b1,c1,a2,b2,c2均为中间变量，无含义；结合式(1)和式(2)可以得到：d1＝X2+Y2+Z2(3)d2＝(X-a1)2+(Y-b1)2+(Z-c1)2(4)d3＝(X-a2)2+(Y-b2)2+(Z-c2)2(5)令式(3)减去式(4)得到式(7)，式(3)减去式(5)得到式(8)：d1＝X2+Y2+Z2(3)d1-d2+a12+b12+c12＝2a1X+2b1Y+2c1Z(7)d1-d3+a22+b22+c22＝2a2X+2b2Y+2c2Z(8)令D2＝(d1-d2+a12+b12+c12)/2,D3＝(d1-d3+a22+b22+c22)/2，则上式变为：d1＝X2+Y2+Z2(3)D2＝a1X+b1Y+c1Z(10)D3＝a2X+b2Y+c2Z(11)其中D2,D3均为中间变量，无含义；联立式(10)和式(11)可以得出如下公式：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z(12)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z(13)令m1，m2，n1，n2满足：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z＝m1+n1Z(14)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z＝m2+n2Z(15)其中m1，m2，n1，n2均为中间变量，无含义；将式(14)和式(15)代入式(3)可以得到：d1＝(m1+n1Z)2+(m2+n2Z)2+Z2(16)将上式整理得：(1+n12+n22)Z2+(2m1n1+2m2n2)Z+(m12+m22-d1)＝0(17)令β＝1+n12+n22,δ＝2m1n1+2m2n2,u＝m12+m22-d1解得：其中β,δ,u均为中间变量，无含...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾鑫，王华，张尧，李潇，费智婷，姜鹏，邓志均，岑小锋，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11