CN110988796B - 一种基于频偏机会信号的定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频偏机会信号的定位方法及系统，属于定位技术领域，解决了现有技术中方法复杂、限制条件多的问题。一种基于频偏机会信号的定位方法，包括以下步骤：以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；得到目标P的Z轴坐标z，并建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程；以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的运动轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的大地坐标。简单、限制条件少的实现了较精确的目标定位。

Description

一种基于频偏机会信号的定位方法及系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其是涉及一种基于频偏机会信号的定位方法及系统。

背景技术

目前卫星导航系统已经在大量应用中广泛使用，但是在战争环境下，军事导航卫星可能被破坏，使得导航系统无法使用。并且GPS、北斗、伽利略等基于卫星的定位技术在室内、地下、密集城区和恶劣天气情况下往往也无法使用。此外，目前普遍采用接收信号强度(RSS)、信号到达时间(TOA)、信号到达时间差(TDOA)、多普勒频率差(FDOA)和接收信号相位(RSP)等定位方法，大部分方法较为复杂，都需要2点以上的多点协同测量；虽然采用TDOA和时间差(或距离)测量方法比较准确，但是限制条件较多，不仅需要基站的时钟和测量点的时钟精准一致，还需要提供测量场地；最关键的是，对方不但不会给予配合，而且会有意识的进行干扰；除此之外，传统的机会信号导航技术一般只作为FM、DFM、DTMB、WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA等六种典型机会信号的测距定位方法；早期由于多普勒频率比较低，检测精度比较差，因此也很少采用，随着4G、5G发展，高带宽的通讯卫星技术，多普勒定位技术开始兴起，但是定位方法和频偏精度制约了测量。

发明内容

本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种基于频偏机会信号的定位方法及系统。

一方面，本发明提供一种基于频偏机会信号的定位方法，以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；

获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，并建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程，单个等频锥是一个点到发射天线与载运工具运动方向生成的锥表面的等频锥，不同的载运工具与发射天线相对位置构成不同的等频锥，一个运动方向上的载运工具得到的发射天线的位置都在等频锥相贯圆上；

以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的另一个匀速运动方向轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；

根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的大地两个共轭坐标，然后根据目标在载运工具飞行平面之上或下，获取目标的实际三维坐标的位置。

进一步地，所述获取载运工具的初始位置和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，具体包括，

利用公式

获取所述夹角θ₁、θ₂，其中，i＝1,2，v₁、v₂分别是载运工具位于O1点、O2时的速度，f_t为载运工具上通讯发射机主频，f₁′、f₂′分别为载运工具位于O1点、O2时载运工具上通讯发射机频偏，c为光速；

根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，具体包括，通过公式

得到目标P的z坐标，其中DO₁为目标P的Z轴坐标z。

进一步地，所述根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，具体包括，

根据公式

以及公式

获得目标P的X轴坐标

获得目标P的Y轴坐标

其中，

{cosα，cosβ，cosγ}为原点O1到目标P的方向余弦，(kx，ky，kz)为O1′点在三维坐标系O1XYZ中的X、Y、Z轴坐标，θ₁′、θ₂′、d₂′分别为O1′和目标P的连线与Z′轴的夹角，载运工具以O1′为起点在运动过程中的位置O2′和目标P的连线与Z′轴的夹角，位置O2′与O1′在Z′轴上的轴线距离，D＝DO₁，DO₁为目标P的Z轴坐标，D为等于DO₁的距离，ctg是三角函数中余切的符号，R为位置O2与目标P形成的圆锥面半径，d₂为位置O2与位置O1在Z轴上的轴线距离。

进一步地，所述基于频偏机会信号的定位方法，还包括，当单个相贯圆与目标P的水平相交时，得到四个两对共轭解，然后根据天线方向，消除另三个虚解，获得获取目标的实际三维坐标的位置。

进一步地，所述基于频偏机会信号的定位方法，还包括，单个相贯圆与大地水平坐标相交，得到两个共轭解，然后根据目标方向，消除另一个虚解。

另一方面，本发明提供了一种基于频偏机会信号的定位系统，包括坐标系构建模块、轴线距离及目标Z轴坐标获取模块、相贯圆方程构建模块、相贯圆平面方程获取模块和目标大地坐标获取模块；

所述坐标系构建模块，用于以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；

所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，用于获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z；

所述相贯圆方程构建模块，用于建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程；

所述相贯圆平面方程获取模块，用于以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的运动轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；

目标大地坐标获取模块，用于根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的大地坐标。

进一步地，所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，获取载运工具的初始位置和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，具体包括，

利用公式

获取所述夹角θ₁、θ₂，其中，i＝1,2，v₁、v₂分别是运载工具位于O1点、O2时的速度，f_t为载运工具上通讯发射机主频，f₁′、f₂′分别为运载工具位于O1点、O2时载运工具上通讯发射机频偏，c为光速。

所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，具体包括，通过公式

得到目标P的z坐标，其中DO₁为目标P的Z轴坐标z。

进一步地，所述目标大地坐标获取模块，根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，具体包括，

根据公式

以及公式

获得目标P的X轴坐标

获得目标P的Y轴坐标

其中，

{cosα，cosβ，cosγ}为原点O1到目标P的方向余弦，(kx，ky，kz)为O1′点在三维坐标系O1XYZ中的X、Y、Z轴坐标，θ₁′、θ₂′、d₂′分别为O1′和目标P的连线与Z′轴的夹角，载运工具以O1′为起点在运动过程中的位置O2′和目标P的连线与Z′轴的夹角，位置O2′与O1′在Z′轴上的轴线距离，D＝DO₁，DO₁为目标P的Z轴坐标，D为等于DO₁的距离，ctg是三角函数中余切的符号，R为位置O2与目标P形成的圆锥面半径，d₂为位置O2与位置O1在Z轴上的轴线距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，并建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程，其中，单个等频锥是一个起点到目标P与载运工具运动方向生成的锥表面的等频锥，不同的载运工具与目标P相对位置构成不同的等频锥，一个运动方向上的载运工具得到的目标P的位置都在等频锥相贯圆上；以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的运动轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的实际三维坐标的位置；简单、限制条件少的实现了较精确的目标定位。

附图说明

图1是本发明实施例1所述的基于频偏机会信号的定位方法的流程示意图；

图2是本发明实施例1所述的XYZ坐标系下载运工具与目标对应关系示意图；

图3是本发明实施例1所述的多普勒频偏定位空间示意图；

图4是本发明实施例2所述的精确定位下两个相贯圆以及大地相交示意图；

图5是本发明实施例2所述的模糊定位下两个相贯圆以及大地相交示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明的实施例提供了一种基于频偏机会信号的定位方法，其流程示意图，如图1所示，包括以下步骤：

以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；

获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，并建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程，其中，单个等频锥是一个起点到目标P与载运工具运动方向生成的锥表面的等频锥，不同的载运工具与目标P相对位置构成不同的等频锥，一个运动方向上的载运工具得到的目标P的位置都在等频锥相贯圆上；

以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的运动轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1(O1XYZ)三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；

根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的大地两个共轭坐标，然后根据目标在载运工具平面之上或下，获取目标的实际三维坐标的位置。

一个具体实施例中，如图2所示，为XYZ坐标系下载运工具与目标对应关系示意图，在图2中，以O1为起点，以运动速度v_i运动，以DO为载运工具的运动轴线，以O1为原点建立坐标系O1XYZ，以O1、O2、O3为运载工具不同运动时间t₁、t₂、t₃接收点，以O1P、O2P、O3P等频锥面，其夹角分别为θ₁、θ₂、θ₃为频锥面圆锥角，运载工具在O1、O2、O3点分别收到在t₁、t₂、t₃时刻，通讯发射机主频为f_t1、f_t2、f_t3信号以及频偏f₁、f₂、f₃；其中，可以利用加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘和高度仪测量速度、距离、空间坐标、方向、俯冲角、高度等相关参数；

优选的，所述获取载运工具的初始位置和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，具体包括，

利用公式

获取所述夹角θ₁、θ₂，其中，i＝1,2，v₁、v₂分别是载运工具位于O1点、O2时的速度，f_t载运工具上通讯发射机主频，f₁′、f₂′分别为载运工具位于O1点、O2时载运工具上通讯发射机频偏，c为光速；

由于f_t1、f_t2、f_t3相近，因此可以将f_t1、f_t2中任何其中一个值作为f_t的初值，也可以以f_t1、f_t2分别作为计算夹角θ₁、θ₂时的f_t；

一个具体实施例中，通过公式

得到

从而推导出

为了方便推理，令f_i＝v_if_i′，f＝f_tc，则

则有，

而

R为O2与目标P形成的圆锥面半径，可以通过测量得到。

所述根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，具体包括，通过公

式

得到目标P的z坐标，其中DO₁为目标P的Z轴坐标z。

一般情况下，在战争之前应该将锚点的主频、经纬度等信息侦测一遍，为了防止战争情况变化，利用以上方法进行核实战场情况是否发生变化，保证定位的可靠性，这里重复计算一下，这种计算夹角的方法可以作为目标的侦测锚点坐标和发射参数使用；

多普勒频率是由目标与载运工具上的接收机之间的相对运动所产生的接受频率与实际频率之间的偏差，它与目标运动速度成正比，设目标P的位置为(x，y，z)，中心站O的位置为坐标原点(0，0，0)，则向量OP的方向余弦为{cosα，cosβ，cosγ}，其中，

求得目标的Z轴坐标后，接着需要获取目标的X、Y轴坐标，从图3中可以看出，锥体中轴角度不同，导致相贯曲线非常复杂，因此需要结合辅助因素，即可得到目标的真实位置解。

由于同轴的两个等频锥面，由于多普勒的角度不一样，产生不同圆锥角锥面，而且两个等频锥面会相贯，在D处得到一个半径为R的相贯圆，多普勒相贯圆的方程式，

由于在一个同轴的所有等频锥面对于一个发射点来说，所有的相贯线都是一个圆，不同圆锥角θ1、θ2、θ3、θi都会相贯于p点，为了得到另一个方程组，需要在运动的另一个点(kx，ky，kz)重新产生一个相贯圆，将两个相贯锥的轴线调整一个角度(α，β，γ)，因此，在O1′坐标上建立原点O1′(0，0，0)，运动方向OD′为Z轴，根据多普勒等频锥相贯圆的方程方法得到

优选的，所述根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，具体包括，

根据公式

以及公式

获得目标P的X轴坐标

获得目标P的Y轴坐标

其中，

{cosα，cosβ，cosγ}为原点O1到目标P的方向余弦，其均可通过测量得到，(kx，ky，kz)为O1′点在三维坐标系O1XYZ中的X、Y、Z轴坐标，θ′₁、θ′₂、d′₂分别为O1′和目标P的连线与Z′轴的夹角，载运工具以O1′为起点在运动过程中的位置O2′和目标P的连线与Z′轴的夹角，位置O2′与O1′在Z′轴上的轴线距离，D＝DO₁，DO₁为目标P的Z轴坐标，D为等于DO₁的距离，ctg是三角函数中余切的符号，R为位置O2与目标P形成的圆锥面半径，d₂为位置O2与位置O1在Z轴上的轴线距离。

多普勒频偏定位空间示意图，如图3，所示，需要说明的是，第二个相贯平面(即O1′对应的相贯平面)的从O1′坐标系转换到O1坐标系中，需要经过坐标平移(k_x，k_y，k_z)和转换(α，β，γ)，通过如下转换和平移

上述R(α，β，γ)为载运工具初始位置的圆心坐标，R_z(α)、R_y(β)和R_x(γ)分别是Z、X、Y轴上的圆心坐标；坐标平移方程为

得到相贯圆的平面方程为

其中

从而得到方程组

得到方程组的解为：

得到目标P的X、Y、Z坐标后，然后经过七参数WGS84坐标转换，得到大地坐标；在获取目标的X、Y、Z时可能会得到真实解和游离解，可以通过现有技术中包括统计方法在内容的方法进行判断，以得到真实解；得到目标的大地坐标后，可根据电子地图数据和电子罗盘校正转向角和平台空间坐标，并与电子地图匹配，可进行导航；

优选的，所述基于频偏机会信号的定位方法，还包括，当单个相贯圆与目标P的水平相交时，得到四个两对共轭解，然后根据天线方向，消除另三个虚解，获得获取目标的实际三维坐标的位置。

优选的，所述基于频偏机会信号的定位方法，还包括，单个相贯圆与大地水平坐标相交，得到两个共轭解，然后根据目标方向，消除另一个虚解；

一个具体实施例中，以发射塔、载运工具运行方向轴线及载运工具的运动起点O，建立一个单相贯圆，由于发射天线(目标)的高度一般不高，可做近似处理，将其高度看做0(y＝0)，即以大地、载运工具运动方向以及载运工具运动起点形成的相贯圆和大地有两个交点(x₁,y₁)、(x₂,x₂)；然后再根据天线与载运工具之间的角度，即可消除其中的一个虚解；最后目标的大地坐标；

需要说明的是，所述运载工具可以为飞行器或者地面运行的车辆；当运载工具为地面运行的车辆时，可以只需一个运动起点，根据其对应的一个相贯圆与地面的交点，即可求出目标的大地坐标。

实施例2

本发明提供一种基于频偏机会信号的定位系统，包括坐标系构建模块、轴线距离及目标Z轴坐标获取模块、相贯圆方程构建模块、相贯圆平面方程获取模块和目标大地坐标获取模块；

所述坐标系构建模块，用于以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的(匀速)运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；

所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，用于获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z；

所述相贯圆方程构建模块，用于建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程；

所述相贯圆平面方程获取模块，用于以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的运动轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；

目标大地坐标获取模块，用于根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的大地坐标(由所述x、y、z得到目标的大地两个共轭坐标，然后根据目标在载运工具平面之上或下，获取目标的实际三维坐标的位置)。

优选的，所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，获取载运工具的初始位置和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，具体包括，

利用公式

获取所述夹角θ₁、θ₂，其中，i＝1,2，v₁、v₂分别是运载工具位于O1点、O2时的速度，f_t载运工具上通讯发射机主频，f₁′、f₂′分别为运载工具位于O1点、O2时载运工具上通讯发射机频偏，c为光速。

所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，具体包括，通过公式

得到目标P的z坐标，其中DO₁为目标P的Z轴坐标z。

优选的，所述目标大地坐标获取模块，根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，具体包括，

根据公式

以及公式

获得目标P的X轴坐标

获得目标P的Y轴坐标

其中，

{cosα，cosβ，cosγ}为原点O1到目标P的方向余弦，(kx，ky，kz)为O1′点在三维坐标系O1XYZ中的X、Y、Z轴坐标，θ′₁、θ′₂、d′₂分别为O1′和目标P的连线与Z′轴的夹角，载运工具以O1′为起点在运动过程中的位置O2′和目标P的连线与Z′轴的夹角，位置O2′与O1′在Z′轴上的轴线距离，D＝DO₁，DO₁为目标P的Z轴坐标，D为等于DO₁的距离，ctg是三角函数中余切的符号，R为位置O2与目标P形成的圆锥面半径，d₂为位置O2与位置O1在Z轴上的轴线距离。

需要说明的是，本发明可以加一个单个相贯圆与发射天线的高程水平相交。特别指出的是，只有当两个频偏锥的中心在同一条轴线上时，两个频偏锥相贯得到的曲线是一个相贯圆；此时两对四个中心在同一条轴线频偏锥的相贯圆会存在上、下两个交点，以及与大地会存在左、右两个交点，即共得到四个两对共轭解，然后根据天线方向，消除另三个虚解，图4为精确定位下两个相贯圆以及大地相交示意图；或者，在对精度没有很高的要求下，可近似发射天线的高度忽略不计，此时用两个中心在同一条轴线上的频偏锥相贯得到一个相贯圆，当相贯圆的中心和大地在同一条轴线上时，该相贯圆与大地水平坐标相交得到两个交点(如图5中的a、b)，即得到两个共轭解，然后根据天线方向，消除另一个虚解，图5为模糊定位下两个相贯圆以及大地相交示意图。

需要说明的是，实施例1和实施例2未重复描述之处可相互借鉴。

本发明公开了一种基于频偏机会信号的定位方法及系统，通过以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，并建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程，其中，单个等频锥是一个起点到目标P与载运工具运动方向生成的锥表面的等频锥，不同的载运工具与目标P相对位置构成不同的等频锥，一个运动方向上的载运工具得到的目标P的位置都在等频锥相贯圆上；以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的运动轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的大地坐标；简单、限制条件少的实现了较精确的目标定位；

该方案在通过载运工具在运动的过程中完成所有的数据采集分析、计算，时间同质化要求低，独立性、鲁棒性强，计算方法相对简单，还能满足侦测锚点功能，具有较强的战争适应性。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于频偏机会信号的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；

获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，并建立与O1对应的两个多普勒等频锥相贯圆方程，其中，单个等频锥是一个起点到目标P与载运工具运动方向生成的锥表面的等频锥，不同的载运工具与目标P相对位置构成不同的等频锥，一个运动方向上的载运工具得到的目标P的位置都在等频锥相贯圆上；

以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的另一个匀速运动方向轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；

根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的两个共轭大地坐标，然后根据目标在载运工具平面之上或下，获取目标的实际三维坐标的位置。

2.根据权利要求1所述的基于频偏机会信号的定位方法，其特征在于，所述获取载运工具的初始位置和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，具体包括，

利用公式

获取所述夹角θ₁、θ₂，其中，i＝1,2，v₁、v₂分别是载运工具位于O1点、O2时的速度，f_t为载运工具上通讯发射机主频，f′₁、f′₂分别为载运工具位于O1点、O2时载运工具上通讯发射机频偏，c为光速；

根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，具体包括，通过公式

得到目标P的z坐标，其中DO₁为目标P的Z轴坐标z。

3.根据权利要求2所述的基于频偏机会信号的定位方法，其特征在于，所述根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，具体包括，

根据公式

以及公式

获得目标P的X轴坐标

获得目标P的Y轴坐标

其中，

{cosα，cosβ，cosγ}为原点O1到目标P的方向余弦，(kx，ky，kz)为O1′点在三维坐标系O1XYZ中的X、Y、Z轴坐标，θ′₁、θ′₂、d′₂分别为O1′和目标P的连线与Z′轴的夹角，载运工具以O1′为起点在运动过程中的位置O2′和目标P的连线与Z′轴的夹角，位置O2′与O1′在Z′轴上的轴线距离，D＝DO₁，DO₁为目标P的Z轴坐标，D为等于DO₁的距离，ctg是三角函数中余切的符号，R为位置O2与目标P形成的圆锥面半径，d₂为位置O2与位置O1在Z轴上的轴线距离。

4.根据权利要求1所述的基于频偏机会信号的定位方法，其特征在于，还包括，

当单个相贯圆与目标P的水平相交时，得到四个共轭解，然后根据天线方向，消除另三个虚解，获得获取目标的实际三维坐标的位置。

5.根据权利要求1所述的基于频偏机会信号的定位方法，其特征在于，还包括，

单个相贯圆与大地水平坐标相交，得到两个共轭解，然后根据目标方向，消除另一个虚解。

6.一种基于频偏机会信号的定位系统，其特征在于，包括坐标系构建模块、轴线距离及目标Z轴坐标获取模块、相贯圆方程构建模块、相贯圆平面方程获取模块和目标大地坐标获取模块；

所述坐标系构建模块，用于以载运工具的一个起点O1为原点，以载运工具的运动方向轴线为Z轴，建立三维坐标系O1XYZ；

所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，用于获取O1和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，并获取位置O2与O1在Z轴上的轴线距离d₂；根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z；

所述相贯圆方程构建模块，用于建立与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程；

所述相贯圆平面方程获取模块，用于以载运工具的另一个起点O1′为原点，以载运工具的运动轴线为Z′轴，建立三维坐标系O1′X′Y′Z′，将O1′在三维坐标系O1′X′Y′Z′中对应的相贯圆平面平移至O1三维坐标系中，获得与O1′对应的多普勒等频锥相贯圆平面方程；

目标大地坐标获取模块，用于根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，由所述x、y、z得到目标的大地坐标。

7.根据权利要求6所述的基于频偏机会信号的定位系统，其特征在于，所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，获取载运工具的初始位置和目标P的连线与Z轴的夹角θ₁，获取载运工具在运动过程中的位置O2和目标P的连线与Z轴的夹角θ₂，具体包括，

利用公式

获取所述夹角θ₁、θ₂，其中，i＝1,2，v₁、v₂分别是载运工具位于O1点、O2时的速度，f_t为载运工具上通讯发射机主频，f₁′、f′₂分别为载运工具位于O1点、O2时载运工具上通讯发射机频偏，c为光速；

所述轴线距离及目标Z轴坐标获取模块，根据所述θ₁、θ₂和d₂得到目标P的Z轴坐标z，具体包括，通过公式

得到目标P的z坐标，其中DO₁为目标P的Z轴坐标z。

8.根据权利要求6所述的基于频偏机会信号的定位系统，其特征在于，所述目标大地坐标获取模块，根据所述与O1对应的多普勒等频锥相贯圆方程及与对应O1′的多普勒等频锥相贯圆平面方程，获得目标P的X、Y轴坐标x、y，具体包括，

根据公式

以及公式

获得目标P的X轴坐标

获得目标P的Y轴坐标

其中，

{cosα，cosβ，cosγ}为原点O1到目标P的方向余弦，(kx，ky，kz)为O1′点在三维坐标系O1XYZ中的X、Y、Z轴坐标，θ′₁、θ′₂、d′₂分别为O1′和目标P的连线与Z′轴的夹角，载运工具以O1′为起点在运动过程中的位置O2′和目标P的连线与Z′轴的夹角，位置O2′与O1′在Z′轴上的轴线距离，D＝DO₁，DO1为目标P的Z轴坐标，D为等于DO₁的距离，ctg是三角函数中余切的符号，R为位置O2与目标P形成的圆锥面半径，d2为位置O2与位置O1在Z轴上的轴线距离。

Images