CN107167762A - 一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法。本发明利用两个线阵与目标来波方向所构成的立体角的不等式约束，对测量噪声较大时的测角结果进行判别，将其剔除，从而达到抑制二维测角误差的目的。本发明计算复杂度小，在测量噪声较大、对仰角较低的目标进行二维测角时，抑制二维测角误差的效果较显著。

Description

一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，涉及一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法。
背景技术
估计目标来波方向是信息获取与探测领域的一种重要技术，其中阵列测角技术由于测角精度高，受到了众多学者和工程人员的关注，并得到了广泛的应用。在阵列测角技术中，测角误差的来源包括系统误差和测量噪声两类，其中系统误差又包括阵元位置误差、幅相误差、天线互耦等。目前，针对阵列测角的系统误差分析和校正已有大量的研究，但是，当测量噪声较大时，系统误差校正后都无法达到预期的测角精度要求。实际上，在三维空间中，两个或多个线阵与目标来波方向所构成的立体角应满足立体角的不等式约束，利用该约束可以对测量噪声较大时的测角结果进行判别，并将其剔除，从而抑制二维测角误差。目标并没有利用两个线阵与目标来波方向所构成的立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法公开。
发明内容
本发明的目的是，针对背景技术中阵列测角技术在存在较大测量噪声时难以通过系统误差校正的方法来提高二维测角精度的问题，利用两个线阵与目标来波方向所构成的立体角的不等式约束对测量噪声较大时的测角结果进行判别，并将其剔除，从而抑制二维测角误差。
本发明的技术方案是：
一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法，所述立体角为采用两个线阵与目标来波方向构成的立体角，该方法利用立体角的不等式约束对测量噪声较大时的测角结果进行判别和剔除，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化两个线阵分别位于平面坐标系中x轴的正半轴和y轴的正半轴；
S2、根据目标来波方向，获取目标来波方向与平面坐标系中x轴上的线阵的夹角θx以及与y轴上的线阵的夹角θy；再根据不等式约束，构建夹角θx和夹角θy应满足的立体角约束不等式组；
S3、利用两个线阵对目标进行二维测角，得到目标与平面坐标系中x轴上的线阵的夹角的估计值和与y轴上的线阵的夹角的估计值
S4、将步骤S3中获得的估计值和估计值代入步骤S2中构建的立体角约束不等式组，判别立体角约束不等式组是否成立，若成立，则保留获得的估计值，若不成立，则剔除获得的估计值；
S5、利用步骤4保留的二维测角结果确定目标的方位和仰角估计。
上述方案中，所述将目标与平面坐标x轴上的线阵的夹角的估计和与y轴上的线阵的夹角的估计代入立体角约束不等式组，指的是用代替立体角约束不等式组中θx，用代替立体角约束不等式组中θy；所述立体角约束不等式组不成立指的是只要有一个不等式不成立，所述立体角约束不等式组成立指的是所有不等式都成立。
上述方案是以两个线阵为例，利用两个线阵与目标来波方向构成立体角约束不等式组，抑制二维测角误差。也可以将其直接应用于多个线阵，多个线阵中的每两个线阵与目标来波方向都可构成一组立体角约束不等式组，都可判别这些立体角约束不等式组是否成立，并剔除立体角约束不等式组不成立的二维测角结果(和)，保留立体角约束不等式组成立的二维测角结果(和)。
进一步的，所述步骤S2中，构建的夹角θx和夹角θy应满足的立体角约束不等式组为：
进一步的，所述步骤S5的具体方法为，采用如下公式：
获取来波方向的方位和仰角
本发明的有益效果是：本发明利用两个线阵与目标来波方向所构成的立体角的不等式约束，对测量噪声较大时的测角结果进行判别，将其剔除，从而达到抑制二维测角误差的目的。本发明计算复杂度小，在测量噪声较大、对仰角较低的目标进行二维测角时，抑制二维测角误差的效果较显著。
具体实施方式
实施例
以分别位于平面坐标x轴的正半轴和y轴的正半轴的2个线阵和1个需要在三维空间进行二维测角的目标为例，在本实施例中，目标的实际方位角(θ)为145.7度，俯仰角为16.3度，二维测角(θx和θy)的噪声都服从零均值标准差为2度的高斯分布。
在本本实施例中，实施本发明的目的在于利用两个线阵与目标来波方向所构成的立体角的不等式约束，对测量噪声较大时的测角结果进行判别，并将其剔除，从而抑制二维测角误差，提高目标方位和仰角的估计精度。
本实施例的流程如下：
步骤1：初始化两个线阵分别位于平面坐标x轴的正半轴和y轴的正半轴；
步骤2：利用两个线阵与目标来波方向所构成的立体角的不等式约束，构建目标来波方向与平面坐标x轴上的线阵的夹角(θx)和与y轴上的线阵的夹角(θy)应满足的立体角约束不等式组(INEQs)为：
其中θx和θy分别是目标来波方向与平面坐标x轴上的线阵的夹角和与y轴上的线阵的夹角，其实际值是未知的。
步骤3：利用两个线阵对目标进行测角，得到目标与x轴上的线阵的夹角的估计为2.5183弧度，与y轴上的线阵的夹角的估计为0.9655弧度；
步骤4：将目标与平面坐标x轴上的线阵的夹角的估计和与y轴上的线阵的夹角的估计代入立体角约束不等式组(INEQs)，得到：
由于上述不等式组中所有不等式都成立，于是保留该角度估计值(和)。
步骤5：利用步骤4保留的二维测角结果(和)确定目标的方位和仰角估计分别为144.9761度和13.4762度，误差分别为0.7239度和2.8238度。
经过10000次独立的二维测角试验，在目标的实际方位角(θ)为145.7度、测角标准差等于1度时，不同的目标仰角情况下，利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差取得的改进效果如下表1所示：
表1利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差取得的改进效果
经过10000次独立的二维测角试验，在目标的实际方位角(θ)为145.7度、测角标准差等于2度时，不同的目标仰角情况下，利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差取得的改进效果如下表所示：
表2利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差取得的改进效果
可见，本发明方法在测量噪声较大、对仰角较低的目标进行二维测角时，抑制二维测角误差的效果较显著。

Claims (3)

1.一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法，所述立体角为采用两个线阵与目标来波方向构成的立体角，该方法利用立体角的不等式约束对测量噪声较大时的测角结果进行判别和剔除，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化两个线阵分别位于平面坐标系中x轴的正半轴和y轴的正半轴；
S2、根据目标来波方向，获取目标来波方向与平面坐标系中x轴上的线阵的夹角θx以及与y轴上的线阵的夹角θy；再根据不等式约束，构建夹角θx和夹角θy应满足的立体角约束不等式组；
S3、利用两个线阵对目标进行二维测角，得到目标与平面坐标系中x轴上的线阵的夹角的估计值和与y轴上的线阵的夹角的估计值
S4、将步骤S3中获得的估计值和估计值代入步骤S2中构建的立体角约束不等式组，判别立体角约束不等式组是否成立，若成立，则保留获得的估计值，若不成立，则剔除获得的估计值；
S5、利用步骤4保留的二维测角结果确定目标的方位和仰角估计。
2.根据权利要求1所述的一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法，其特征在于，所述步骤S2中，构建的夹角θx和夹角θy应满足的立体角约束不等式组为：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>&lt;</mo> <mfrac> <mrow> <mn>3</mn> <mi>&amp;pi;</mi> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>&gt;</mo> <mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>|</mo> <mo>&lt;</mo> <mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
3.根据权利要求2所述的一种利用立体角的不等式约束抑制二维测角误差的方法，其特征在于，所述步骤S5的具体方法为，采用如下公式：
获取来波方向的方位和仰角
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