CN108872933A - 一种单站盲干涉仪定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属电子信息技术领域，涉及一种单站盲干涉仪定位方法。本发明主要是提供一种在辐射源信号波长、干涉仪的基线向量与系统相位误差未知的情况下，利用单站在运动中通过干涉仪多个时刻测量的辐射源信号相位差对辐射源进行定位的方法。本发明通过利用运动单站上干涉仪多个时刻测量的辐射源信号相位差对辐射源进行定位，由于干涉仪仅需两个阵元，同时在定位过程中，本发明不需要已知辐射源信号的波长、干涉仪的基线向量和系统相位误差等先验信息，因此与传统运动单站定位方法相比，本发明同时降低了天线阵列的成本和定位系统的复杂度，进而使其在现实环境中具有更好的实用性。

Description

一种单站盲干涉仪定位方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，涉及一种单站盲干涉仪定位方法。
背景技术
被动定位技术能在自身不发射电磁波的条件下得到辐射源的位置估计，具有作用距离远、隐蔽性好和造价低等优势。单站被动定位是只利用一个观测平台对辐射源进行定位的技术。根据常规的单站定位原理是无法测量出辐射源位置的，但是如果观测器和辐射源之间的几何位置发生了相对变化，则可在相对位置变化过程中通过干涉仪多次测量获取辐射源的方位角数据，从而通过测向交叉定位估计出辐射源的位置。单站被动定位技术由于避免了复杂的时间同步和多站之间的数据通信，因而具有更好的机动性和灵活性，尤其适合在无人机等空中平台上使用，使得单站被动定位在战场侦察和监视、武器制导和电子战领域得到了广泛应用。
通过干涉仪测量获取辐射源的方位角数据一般需要已知辐射源信号波长、干涉仪的基线向量，并假设系统相位误差已经得到校准，足够小或者可以忽略。当辐射源信号波长、干涉仪的基线向量和系统相位误差等信息未知时，称此时的干涉仪为“盲干涉仪”。针对此种情况，现有的单站被动定位系统要么不能正常的工作，要么对辐射源定位给出的位置估计存在很大偏差。
发明内容
本发明的目的是，针对上述问题，提供一种在辐射源信号波长、干涉仪的基线向量与系统相位误差未知的情况下，利用单站在运动中通过干涉仪多个时刻测量的辐射源信号相位差对辐射源进行定位的方法。
本发明的技术方案是：
一种单站盲干涉仪定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化：将定位区域沿X轴、Y轴和Z轴分别等间隔划分M个、N个和P个网格点，确定网格点(m,n,p)的坐标(xm,yn,zp)，m＝1,2,…,M、n＝1,2,…,N和p＝1,2,…,P，并设定运动的定位平台干涉仪测量相位差的总时刻数Q；
S2、记录运动的定位平台在时刻q的位置和干涉仪在时刻q测量的辐射源信号的相位差，并确定相位差向量、网格点(m,n,p)与定位平台在时刻q的位置之间的距离、网格点(m,n,p)对应的系数矩阵，其中，q＝1,2,…,Q，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P；；
S3、确定网格点(m,n,p)对应的误差向量以及误差向量的模，其中，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P；
S4、在所有误差向量的模中确定最小值对应的网格点位置坐标，作为辐射源的位置估计。
进一步的，步骤S2中，设平台位置和辐射源信号的相位差分别为(αq,βq,γq)和φq，则所述相位差向量为：
网格点(m,n,p)与定位平台在时刻q的位置之间的距离为：
确定网格点(m,n,p)对应的系数矩阵为
进一步的，步骤S3中，所述误差向量为：
误差向量的模为：
进一步的，步骤S4中，在所有误差向量的模中确定最小值的方法为：
本发明的有益效果为，本发明通过利用运动单站上干涉仪多个时刻测量的辐射源信号相位差对辐射源进行定位，由于干涉仪仅需两个阵元，同时在定位过程中，本发明不需要已知辐射源信号的波长、干涉仪的基线向量和系统相位误差等先验信息，因此与传统运动单站定位方法相比，本发明同时降低了天线阵列的成本和定位系统的复杂度，进而使其在现实环境中具有更好的实用性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的描述：
实施例
本例采用单个定位平台，置于定位平台上的干涉仪有两个接收阵元。定位平台的初始位置为(0,-1000,10)，以速度V＝50m/s沿着Y轴飞行，且飞行过程中干涉仪每隔1秒对辐射源信号的相位差进行测量，总共进行32次测量。辐射源的信号波长为0.3米(频率1GHz)，辐射源的坐标为(1307.6米，1340.4米，367.6米)。系统的相位误差η在区间(-30度，30度)内服从均匀分布，干涉仪对辐射源信号的相位差进行测量，测量误差在区间(-3度，3度)内服从均匀分布，干涉仪的基线向量为(0.2689米，0.1298米，0.0288米)。
在本实施方式中，实施本发明的目的就是在辐射源信号的波长、干涉仪的基线向量和系统相位误差等先验信息未知的条件下，利用干涉仪在运动过程中所测得的相位差估计辐射源的位置。
本例的流程如下：
步骤1：初始化，将定位区域沿X轴、Y轴和Z轴分别等间隔划分M＝51个、N＝51个和P＝21个网格点，确定网格点(m,n,p)的坐标(xm,yn,zp)，其中，xm＝(m-1)dx，yn＝(n-1)dy，zp＝(p-1)dz，dx＝dy＝30，dz＝30，m＝1,2,…,51，n＝1,2,…,51，p＝1,2,…,21，并确定运动的定位平台干涉仪测量相位差的总时刻数Q＝32；
步骤2：记录运动的定位平台在32个时刻的位置，时刻1的位置为：
(0米，-900米，500米)
时刻32的位置为：
(0米，650米，500米)
确定干涉仪在32个时刻测量的辐射源信号的相位差、并确定相位差向量：
确定网格点(m,n,p)与定位平台在时刻q的位置之间的距离、网格点(m,n,p)对应的系数矩阵，q＝1,2,…,32，m＝1,2,…,51，n＝1,2,…,51，p＝1,2,…,21；
步骤3：确定网格点(m,n,p)对应的误差向量以及误差向量的模，m＝1,2,…,51，n＝1,2,…,51，p＝1,2,…,21；
步骤4：在所有误差向量的模中确定最小值对应的网格点位置坐标，作为辐射源的位置估计，为(1317.7米，1310.6米，271.3米)。
可见，X轴、Y轴和Z轴上的定位误差分别为10.1米、-29.8米和96.3米。

Claims (4)

1.一种单站盲干涉仪定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化：将定位区域沿X轴、Y轴和Z轴分别等间隔划分M个、N个和P个网格点，确定网格点(m,n,p)的坐标(xm,yn,zp)，m＝1,2,…,M、n＝1,2,…,N和p＝1,2,…,P，并设定运动的定位平台干涉仪测量相位差的总时刻数Q；
S2、记录运动的定位平台在时刻q的位置和干涉仪在时刻q测量的辐射源信号的相位差，并确定相位差向量、网格点(m,n,p)与定位平台在时刻q的位置之间的距离、网格点(m,n,p)对应的系数矩阵，其中，q＝1,2,…,Q，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P；
S3、确定网格点(m,n,p)对应的误差向量以及误差向量的模，其中，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P；
S4、在所有误差向量的模中确定最小值对应的网格点位置坐标，作为辐射源的位置估计。
2.根据权利要求1所述的一种单站盲干涉仪定位方法，其特征在于，步骤S2中，设平台位置和辐射源信号的相位差分别为(αq,βq,γq)和φq，则所述相位差向量为：
网格点(m,n,p)与定位平台在时刻q的位置之间的距离为：
确定网格点(m,n,p)对应的系数矩阵为
3.根据权利要求2所述的一种单站盲干涉仪定位方法，其特征在于，步骤S3中，所述误差向量为：
误差向量的模为：
4.根据权利要求3所述的一种单站盲干涉仪定位方法，其特征在于，步骤S4中，在所有误差向量的模中确定最小值的方法为：
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