CN104076348B - 一种雷达超视距基线无源协同定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超视距基线情况下根据双站雷达观测值实现对海上辐射源目标进行无源协同定位的方法。针对超视距情况下受地球曲率影响，双站雷达间基线延长引入测角误差，导致定位精度差的问题，通过采用适用于超视距基线情况下的无源协同定位方法，对由地球曲率引入的雷达测量误差进行修正，实现定位。具体步骤包括：1)雷达站点1、2坐标变换；2)初始生成虚拟目标探测距离；3)计算虚拟目标相对站点1位置偏移量；4)虚拟目标坐标计算；5)计算站点2对虚拟目标观测量；6)测量误差判决；7)更新虚拟目标探测距离；8)输出定位结果。本发明可对由于地球曲率引入的雷达测量误差进行修正，有效提高了雷达超视距基线无源协同定位的精度。

Description

一种雷达超视距基线无源协同定位方法
技术领域
本发明涉及一种雷达无源协同定位方法，特别涉及一种超视距基线情况下根据双站雷达对海上辐射源目标被动探测后，进行协同定位的方法。
背景技术
无源定位与有源定位不同。无源定位是指定位系统通过获取目标自身辐射的电磁信号或目标反射的外部辐射源信号，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。由于定位系统在工作时自身不辐射电磁信号，而仅接收电磁信号，因此被称为无源定位系统。有源定位系统依据距离和方位信息对目标进行定位，无源定位系统仅依据方位信息对目标进行定位。无源定位系统受环境影响小，且作用距离远。
双站无源定位通过分布在空间不同位置的两个站，同时获取同一辐射的信号，测量其参数，通过定位运算确定出其地理位置。双站无源定位又称为双站无源协同定位，双站无源协同定位的方法主要有：测向交叉定位、时差定位和测向-时差定位，以上几种定位方法均基于三角定位原理。
根据双站间距的不同，分为视距内协同定位（间距小于30km视距）和超视距协同（间距大于30km视距）定位。超视距情况下，由于地球曲率的影响，双站及定位站之间观测定位将不满足三角定位关系。随着双站间基线延长，协同定位时若采用测向交叉定位、时差定位和测向-时差定位等方法，将引入测角误差，导致定位精度差，不能满足实际定位精度要求，需要采用适用于超视距基线情况下的定位方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服雷达间距超出视距范围的长基线情况下，采用测向交叉定位方法进行双站协同定位时，由于地球曲率引入测角误差，导致定位精度差，不能满足实际定位精度要求的缺点，通过将多种坐标变换方法与虚拟目标点搜索定位方法相结合，提出了一种雷达长基线无源协同定位方法。
本实施例中，针对的对象是基于无源探测的双站协同定位系统，其定位基本方式及原理如图1所示。
为了实现本发明的目的，一种雷达长基线无源协同定位方法，包括以下步骤，实施过程及软件流程如图2所示。
S1 雷达站点1、2坐标变换：将站点1、2在大地经纬高坐标系坐标转换为地心直角坐标系中坐标。
S2 初始生成虚拟目标探测距离：假定虚拟目标为待定位目标，设定虚拟目标距离站点1距离，设置目标搜索步长。
S3 计算虚拟目标相对站点1位置偏移量：沿站点1对目标探测方向，计算虚拟目标相对站点1东向、北向、垂直方向距离差。
S4 虚拟目标坐标计算：以站点1地心直角坐标系坐标为参考，根据位置偏移量计算待定位虚拟目标地心直角坐标系坐标。
S5 计算站点2对虚拟目标观测量：计算从站点2向虚拟目标进行观测的相对观测量。
S6 测量误差判决：计算测量误差，判断是否小于误差阈值。若大于阈值则，转步骤S7。若小于阈值则，转步骤S8。
S7 更新虚拟目标探测距离：根据站点2角度测量误差值对虚拟目标探测距离进行更新。
S8 输出定位结果：将虚拟目标定位结果转化为大地经纬高坐标系坐标，将虚拟目标定位结果作为待定位目标定位结果输出。
本发明的有益效果：由于采用本发明所述的方法，通过采用适用于超视距基线情况下的无源协同定位方法，对由于地球曲率引入的雷达测量误差进行修正，可有效提高雷达无源协同定位的精度。
附图说明
附图1为长基线无源协同定位方法示意图。
其中：站点1、2在大地经纬高坐标系中分别表示为、，目标定位结果。Angle1、 Angle2分别为站点1、站点2对目标的观测方位角，Angle为站点2对虚拟目标的观测方位角。
附图2为长基线无源协同定位方法流程图。
其中：图中S1-S8分别与发明内容中表述的S1-S8过程对应。
具体实施方式
实施过程及软件流程如图2所示，具体描述为以下过程。
S1 雷达站点1、2坐标变换：站点1、2在大地经纬高坐标系中分别表示为、，其中λ为纬度、为经度、h高度。通过，计算，获得站点1、2的地心直角坐标系中坐标，。利用函数对站点1坐标变换处理过程如下：
（1）
其中，地球半长轴米，半短轴米，偏心率。利用函数对站点2坐标变换处理过程同站点1。
S2 初始生成虚拟目标探测距离：假定虚拟目标为待定位目标，设定虚拟目标距离站点1距离为，令，令搜索步长为，其中为雷达对辐射源进行被动探测的最大探测距离。
S3 计算虚拟目标相对站点1位置偏移量：位置偏移量，其中为虚拟目标相对站点1的东向距离差，为虚拟目标相对站点1的北向距离差，为虚拟目标相对站点1的垂直方向距离差。计算公式如下：
其中Angle1为站点1对待定位目标的实际观测方位角。
S4 虚拟目标坐标计算：以站点1地心直角坐标系坐标为参考，根据位置偏移量利用函数计算待定位虚拟目标地心直角坐标系坐标，，计算过程如下：
变换矩阵
其中 inv()为矩阵逆运算。
S5 计算站点2对虚拟目标观测量：利用函数xyz2Angle计算从站点2地心直角坐标系坐标Sta2xyz向虚拟目标坐标Targetxyz进行观测，所获得的观测量:方位角Angle、仰角Elevation，，计算过程如下：
计算站点2对虚拟目标观测向量。
S6 测量误差判决：计算测量误差ErrorAngle，判断是否小于误差阈值ThAngle。
（10）
若，转步骤S7。
若，转步骤S8。
S7 更新虚拟目标探测距离：
根据角度测量误差值ErrorAngle对虚拟目标探测距离DisENU进行更新。
（11）
（12）
S8 输出定位结果：
利用函数将虚拟目标定位结果Targetxyz转化为大地经纬高坐标系中经纬度坐标输出Target uh 。，其中分别为目标纬度、经度、高度。，计算过程如下：
计算纬度： （13）
计算第二偏心率： （14）
令 （15）
（16）
迭代循环计算公式17-20，直到收敛。
然后计算：
（21）
计算高度： （22）
计算经度： （23）
将虚拟目标定位结果作为待定位目标定位结果输出。

Claims (1)

1.一种雷达长基线无源协同定位方法，其特征在于包括以下步骤：
1)S1雷达站点1、2坐标变换：将站点1、2在大地经纬高坐标系坐标转换为地心直角坐标系中坐标；
2)S2初始生成虚拟目标探测距离：假定虚拟目标为待定位目标，设定虚拟目标距离站点1距离，设置目标搜索步长；
3)S3计算虚拟目标相对站点1位置偏移量：沿站点1对目标探测方向，计算虚拟目标相对站点1东向、北向、垂直方向距离差；
4)S4虚拟目标坐标计算：以站点1地心直角坐标系坐标为参考，根据位置偏移量计算待定位虚拟目标地心直角坐标系坐标；
5)S5计算站点2对虚拟目标观测量：计算从站点2向虚拟目标进行观测的相对观测量；
6)S6测量误差判决：计算测量误差，判断是否小于误差阈值；若大于阈值则转步骤S7；若小于阈值则转步骤S8；
7)S7更新虚拟目标探测距离：根据站点2角度测量误差值对虚拟目标探测距离进行更新；
8)S8输出定位结果：将虚拟目标定位结果转化为大地经纬高坐标系坐标，将虚拟目标定位结果作为待定位目标定位结果输出。
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