双站雷达协同定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种双站雷达协同定位方法及系统，该定位算法借助空间三维结构体描述雷达量测误差的空间概率密度分布范围和两雷达量测结果之间的互补特性；通过线性加权法迭代求取两个球面的交点；通过比例法求取弧线中点，最终获得实用化双站协同目标定位求解算法。本算法适用于中长基线(20km

【技术实现步骤摘要】
为圆心，测距结果R1和R2为半径各自画圆和画两交叉圆的交线L；
[0012]步骤S6：基于余弦定理与比例法求两交叉圆交线L与第一雷达与第二雷达站址连线Ω1Ω2的交点坐标O；
[0013]步骤S7：基于O点和H点，比例法求取弧点坐标T(R,A,E)，即为双站雷达对目标的定位结果值；
[0014]步骤S8：基于第二雷达的起伏误差和系统误差，判断定位结果的合理性并输出目标定位值。
[0015]优选地，所述步骤S2中主观测站雷达对目标的量测不确定范围Φ的求取方法和具体计算包括如下步骤：
[0016]步骤S2.1：在以第一雷达站址为原点的球坐标系下，以第一雷达为球心，R1为半径作球面Λ:；
[0017]步骤S2.2：记ζ为第一雷达方位向量测结果的单侧不确定区域大小，该区域表示为第一雷达方位向系统误差与方位向起伏误差的组合：
[0018]ζ＝a
×
δ
A1
+b
×
σ
A1
ꢀꢀꢀ
(1)
[0019]其中，a为第一雷达方位向系统误差权值，b为第一雷达方位向起伏误差权值；
[0020]步骤S2.3：类似记ξ为第一雷达俯仰()向量测结果的单侧不确定区域大小，表示为第一雷达俯仰向系统误差与俯仰向起伏误差的组合：
[0021]ξ＝c
×
δ
E41
+d
×
σ
E41
ꢀꢀꢀ
(2)
[0022]其中，c为第一雷达俯仰向系统误差权值，d为第一雷达俯仰向起伏误差权值；
[0023]步骤S2.4：以第一雷达站址坐标为原点的球坐标系下，然后作两个方位平面和两个俯仰锥面I1:θ＝E1‑
ξ和I2:θ＝E1+ξ1；记球面Λ上由平面П1和Π2以及锥面I1和I2与Λ交线所围成的封闭曲面记为Φ；
[0024]步骤S2.5：同样以第一雷达为原点，按顺时针方向观测弧面Φ的四个顶点坐标，其分别为分别为Φ即为第一雷达探测目标因距离向测量误差忽略且方位和俯仰向测角误差存在的情况下，求解出目标所有存在的空间不确定范围。
[0025]优选地，所述步骤S4中判断球面与弧面Φ的四条边是否相交的具体判断方法包括如下步骤：
[0026]步骤S4.1：在时刻t，将P1、P2、P3、P4四点、第一雷达与第二雷达站址坐标Ω1和Ω2、T
RAE
‑1与T
RAE
‑2都转移到以融合中心为原点的测量直角坐标系下；
[0027]步骤S4.2：在以第二雷达站址为原点的球坐标系下，以第二雷达为球心，R2为半径作球面
[0028]步骤S4.3：按顺时针顺序，从P1点开始依次分别计算P1、P2、P3、P4四点到主观测站第二雷达的站心Ω2的距离；若该距离大于R2，该点在球面Γ外，若该距离小于R2，该点在球面内，若该距离等于R2，该点在球面上；
[0029]步骤S4.4：P1、P2、P3、P4四点与球面Γ的位置关系分别记为S1、S2、S3、S4，点在球面外记为1，在球面内记为
‑
1，在球面上记为0；若相邻两点与球面Ω2的位置关系状态乘积为
‑
1，则判定两点组成的弧边与球面存在交点；或者某点与球面的位置关系状态等于0，则该
点即为弧面Φ与球面的交点。
[0030]优选地，所述步骤S6中余弦定理与比例法求两交叉圆交线L与第一雷达与第二雷达站址连线Ω1Ω2的交点坐标O的具体计算方法包括如下步骤：
[0031]步骤S6.1：计算第一雷达站址Ω1到第二雷达站址Ω2的距离，记为D
Ω12
：
[0032][0033]步骤S6.2：余弦定理计算O到第一雷达站址Ω1的距离，记为D
or1
：
[0034][0035]步骤S6.3：计算比例因子k：
[0036][0037]步骤S6.4：基于Ω1(x1,y1,z1)、Ω2(x2,y2,z2)和k，比例法求交叉圆圆心交点坐标O(x
co
,y
co
,z
co
)：
[0038][0039]优选地，所述步骤S7中比例法求取弧点坐标T(R,A,E)，即为双站雷达对目标的定位结果值的具体计算方法包括如下步骤：
[0040]步骤S7.1：计算弧点H
p1
(x
hp1
,y
hp1
,z
hp1
)与H
p2
(x
hp2
,y
hp2
,z
hp2
)比到O(x
co
,y
co
,z
co
)的平均半径R
ohp12
：
[0041][0042][0043][0044]步骤S7.2：计算O(x
co
,y
co
,z
co
)到H(x
h
,y
h
,z
h
)的距离，记为R
oh
：
[0045][0046]步骤S7.3：基于O、H、R
ohp12
和R
oh
，比例法求解弧点T(R,A,E)：
[0047][0048]本专利技术还提供一种双站雷达协同定位系统，所述系统包括如下模块：
[0049]模块M1：以融合中心为原点设定统一的北天东测量直角坐标系；选定主观测站雷达和副观测站雷达并获取两部雷达的站址坐标，第一雷达为主观测站雷达，其站址坐标为Ω1(x1,y1,z1)，第二雷达为副观测站雷达，站址坐标为Ω2(x2,y2,z2)；第一雷达和第二雷达同时探测空域中目标T并分别获取目标量测结果信息T
RAE
‑1(R1,A1,E1)和T
RAE
‑2(R2,A2,E2)；借助现场信噪比数据和历史数据分析建模，获取主观测站第一雷达对目标的量测误差分布特
征，记第一雷达起伏误差为(σ
R1
,σ
A1
,σ
E1
)，测量系统误差为(δ
R1
,δ
A1
,δ
E1
)；第二雷达起伏误差为(σ
R2
,σ
A2
,σ
E2
)，测量系统误差为(δ
R2
,δ
A2
,δ
E2
)；
[0050]模块M2：对主观测站第一雷达，不考虑距离向的误差，求取方位向和俯仰向测量误差导致的目标不确定范围Φ；
[0051]模块M3：在以副观测站第二雷达站址Ω2为原点的球坐标系下，以第二雷达为球心，R2为半径作球面
[0052]模块M4：线性加权法迭代求解球面与弧面Φ相交所得线段的中点H；
[0053]模块M5：分别以两雷达对目标量测的俯仰与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双站雷达协同定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：以融合中心为原点设定统一的北天东测量直角坐标系；选定主观测站雷达和副观测站雷达并获取两部雷达的站址坐标，第一雷达为主观测站雷达，其站址坐标为Ω1(x1，y1，z1)，第二雷达为副观测站雷达，站址坐标为Ω2(x2，y2，z2)；第一雷达和第二雷达同时探测空域中目标T并分别获取目标量测结果信息T
RAE
‑1(R1，A1，E1)和T
RAE
‑2(R2，A2，E2)；借助现场信噪比数据和历史数据分析建模，获取主观测站第一雷达对目标的量测误差分布特征，记第一雷达起伏误差为(σ
R1
，σ
A1
，σ
E1
)，测量系统误差为(δ
R1
，δ
R1
，δ
E1
)；第二雷达起伏误差为(σ
R2
，σ
A2
，σ
E2
)，测量系统误差为(δ
R2
，δ
A2
，δ
E2
)；步骤S2：对主观测站第一雷达，不考虑距离向的误差，求取方位向和俯仰向测量误差导致的目标不确定范围Φ；步骤S3：在以副观测站第二雷达站址Ω2为原点的球坐标系下，以第二雷达为球心，R2为半径作球面Γ；步骤S4：线性加权法迭代求解球面Γ与弧面Φ相交所得线段的中点H；步骤S5：分别以两雷达对目标量测的俯仰与方位方向为基准，两雷达站址Ω1和Ω2为圆心，测距结果R1和R2为半径各自画圆和画两交叉圆的交线L；步骤S6：基于余弦定理与比例法求两交叉圆交线L与第一雷达与第二雷达站址连线Ω1Ω2的交点坐标O；步骤S7：基于O点和H点，比例法求取弧点坐标T(R，A，E)，即为双站雷达对目标的定位结果值；步骤S8：基于第二雷达的起伏误差和系统误差，判断定位结果的合理性并输出目标定位值。2.根据权利要求1所述的双站雷达协同定位方法，其特征在于，所述步骤S2中主观测站雷达对目标的量测不确定范围Φ的求取方法和具体计算包括如下步骤：步骤S2.1：在以第一雷达站址为原点的球坐标系下，以第一雷达为球心，R1为半径作球面Λ：；步骤S2.2：记ζ为第一雷达方位向量测结果的单侧不确定区域大小，该区域表示为第一雷达方位向系统误差与方位向起伏误差的组合：ζ＝a
×
δ
A1
+b
×
σ
A1
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，a为第一雷达方位向系统误差权值，b为第一雷达方位向起伏误差权值；步骤S2.3：类似记ξ为第一雷达俯仰(θ)向量测结果的单侧不确定区域大小，表示为第一雷达俯仰向系统误差与俯仰向起伏误差的组合：ξ＝c
×
δ
E1
+d
×
σ
E1
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，c为第一雷达俯仰向系统误差权值，d为第一雷达俯仰向起伏误差权值；步骤S2.4：以第一雷达站址坐标为原点的球坐标系下，然后作两个方位平面Π1：和Π2：两个俯仰锥面I1：θ＝E1‑
ξ和I2：θ＝E1+ξ1；记球面Λ上由平面Π1和Π2以及锥面I1和I2与Λ交线所围成的封闭曲面记为Φ；步骤S2.5：同样以第一雷达为原点，按顺时针方向观测弧面Φ的四个顶点坐标，其分别为P1(R1，A1‑
ζ1，E1‑
ξ1)、P2(R1，A1‑
ζ1，E1+ξ1)、P3(R1，A1+ζ1，E1+ξ1)、P4(R1，A1+ζ1，E1‑
ξ1)，Φ即为第一雷达探测目标因距离向测量误差忽略且方位和俯仰向测角误差存在的情况下，求解出
目标所有存在的空间不确定范围。3.根据权利要求1所述的双站雷达协同定位方法，其特征在于，所述步骤S4中判断球面Γ与弧面Φ的四条边是否相交的具体判断方法包括如下步骤：步骤S4.1：在时刻t，将P1、P2、P3、P4四点、第一雷达与第二雷达站址坐标Ω1和Ω2、T
RAE
‑1与T
RAE
‑2都转移到以融合中心为原点的测量直角坐标系下；步骤S4.2：在以第二雷达站址为原点的球坐标系下，以第二雷达为球心，R2为半径作球面Γ；步骤S4.3：按顺时针顺序，从P1点开始依次分别计算P1、P2、P3、P4四点到主观测站第二雷达的站心Ω2的距离；若该距离大于R2，该点在球面Γ外，若该距离小于R2，该点在球面Γ内，若该距离等于R2，该点在球面Γ上；步骤S4.4：P1、P2、P3、P4四点与球面Γ的位置关系分别记为S1、S2、S3、S4，点在球面外记为1，在球面内记为
‑
1，在球面上记为0；若相邻两点与球面Ω2的位置关系状态乘积为
‑
1，则判定两点组成的弧边与球面Γ存在交点；或者某点与球面Γ的位置关系状态等于0，则该点即为弧面Φ与球面Γ的交点。4.根据权利要求1所述的双站雷达协同定位方法，其特征在于，所述步骤S6中余弦定理与比例法求两交叉圆交线L与第一雷达与第二雷达站址连线Ω1Ω2的交点坐标O的具体计算方法包括如下步骤：步骤S6.1：计算第一雷达站址Ω1到第二雷达站址Ω2的距离，记为D
Ω12
：步骤S6.2：余弦定理计算O到第一雷达站址Ω1的距离，记为D
or1
：步骤S6.3：计算比例因子k：步骤S6.4：基于Ω1(x1，y1，z1)、Ω2(x2，y2，z2)和k，比例法求交叉圆圆心交点坐标O(x
co
，y
co
，z
co
)：5.根据权利要求1所述的双站雷达协同定位方法，其特征在于，所述步骤S7中比例法求取弧点坐标T(R，A，E)，即为双站雷达对目标的定位结果值的具体计算方法包括如下步骤：步骤S7.1：计算弧点H
p1
(x
hp1
，y
hp1
，z
hp1
)与H
p2
(x
hp2
，y
hp2
，z
hp2
)比到O(x
co
，y
co
，z
co
)的平均半径R
ohp12
：：：步骤S7.2：计算O(x
co
，y
co
，z
co
)到H(x
h
，y
h
，z
h
)的距离，记为R
oh
：
步骤S7.3：基于O、H、R
ohp12
和R
oh
，比例法求解弧点T(R，A，E)：6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，刘静秋，刘红明，郁文，王晓科，高方君，张思霈，余科，戴少怀，施裕升，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：