CN111142096A - 一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法：步骤1、定义大地坐标系、地心直角坐标系、雷达站直角坐标系；步骤2、确定雷达发射站和接收站位置；步骤3、设定关心区域中心位置；步骤4、将接收站位置、关心区域中心位置转到雷达直角坐标系；步骤5、设定划分网格大小和计算各网格中心位置；步骤6、计算各网格中心相对于各接收站对应的距离和；步骤7、获取多个接收站同一时刻测量的距离和；步骤8、关联步骤7与步骤6获得的各个距离和；步骤9、根据关联结果得到某一时刻目标定位结果。本发明可应用于合作/非合作多基地雷达目标探测中；可提高多基地雷达目标探测中实时定位效率；减小多基地雷达目标探测中虚假定位结果。

Description

一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，尤其是指一种基于指定空间网格划分、空间坐标转换理论快速获得多基地雷达观测目标空间位置的方法，属于雷达探测技术领域。

背景技术

双/多基地雷达具有反隐身、抗干扰、生存能力等突出优势，近年来，基于调频广播、数字电视、通信等信号的多基地外辐射源雷达目标探测技术已经取得很大进展，很多单位相继研制了实际系统，开展了不同类型目标探测实验，取得了不错的试验效果的同时，也暴露出实际存在的一些问题，其中很重要一个问题是同一时刻多个接收站，每个站有多个测量值时，这些观测值进行组合不仅大幅增加运算量，还会出现许多虚假点，为后续目标跟踪处理增加负担，为此本发明提出先对关心区域进行网格划分，相关复杂运算事先完成，目标探测过程中仅作简单运算，并且可以并行处理，显著提高运算效率的同时减小虚假目标数量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，已解决现有技术中存在的观测中运算量大、出现虚假点等问题，本发明利用多个接收机测量的距离和与关心区域内各个网格对应距离和比较进行目标定位。该方法针对外辐射源雷达关心的区域，将该区域按照一定的间隔划分为小方格，事先计算好每个方格对应的距离和，测量过程中只需通过查表比较距离和得到相应的目标位置。

实现本发明的技术方案是，首先建立大地坐标系、地心直角坐标系、发射站直角坐标系，然后根据关心区域中心点位置和区域大小进行网格划分，计算各个网格中心位置对应不同接收站的距离和，存储到计算机列表中，然后获取某一时刻多个接收机观测的距离和，用这些距离和逐一与存储的距离和比较，误差满足小于设定门限的距离和保留下来，最后剩下的距离和所对应的空间坐标即为目标位置；理论上同一个目标只对应一个网格，实际中由于测量误差的存在，同一目标可能同时对应多个相邻网格，这时通过平均得到唯一定位结果。

本发明一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，步骤如下：

步骤1、定义大地坐标系、地心直角坐标系、雷达站直角坐标系；

步骤2、确定雷达发射站和接收站位置

采用一发多收模式进行说明，设定1个雷达发射站位置，经纬高(L_r,B_r,H_r)，N个接收站，每个接收站位置经纬高分别为(L_r,i,B_r,i,H_r,i){i＝1,2,.....,N}；

步骤3、设定关心区域中心位置

设定关心区域中心点坐标经纬高(L_c,B_c,H_c)；

步骤4、将接收站位置、关心区域中心位置转到雷达直角坐标系

首先将雷达大地坐标(L_r,B_r,H_r)、关心区域中心点坐标(L_c,B_c,H_c)、各接收站位置(L_r,i,B_r,i,H_r,i){i＝1,2,.....,N}转换到地心直角坐标；然后，将关心区域中心点地心直角坐标(x_co,y_co,z_co)转换到雷达发射站直角坐标(x_c,y_c,z_c)；最后，将第i个接收站位置地心直角坐标(x_r,i,o,y_r,i,o,z_r,i,o){i＝1,2,.....,N}转换到雷达发射站直角坐标(x_r,i,y_r,i,z_r,i){i＝1,2,.....,N}；

步骤5、设定划分网格的大小和计算各个网格中心位置

在雷达发射站直角坐标系中，将关心区域划分成等间隔的网格；设定网格大小为δ_L，单位为米m，x_r,y_r,z_r三个方向的网格数量分别为2N_x+1，2N_y+1，2N_z+1，即中心位置左右各N_x，N_y，N_z个网格，总的单元格数为N_c＝(2N_x+1)(2N_y+1)(2N_z+1)，则关心区域中各个网格中心在雷达发射站直角系的坐标

可表示为

步骤6、计算各个网格中心相对于各个接收站对应的距离和

根据上述各个网格中心坐标位置计算每个单元格中心对应于每个接收站的距离和，并保存距离和及其对应的网格中心坐标值；

步骤7、获取多个接收站同一时刻测量的距离和

假定有N(N≥3)个接收站，第i个接收站同一时刻测量的双基地距离和集合为{S_i,j}(j＝1,2,...M_i)，M_i表示第i个接收站测量得到的距离和数量；

步骤8、依次关联步骤7获得的每个接收站同一时刻测量的距离和与步骤6获得的各个网格中心相对于各个接收站对应的距离和，具体为：

同一时刻，N个接收站，每个接收站有M_i个距离和测量值，则一共有

种组合，存放在列表中，列表中从第一组数据开始取，N个接收站同一时刻的N个距离和，依次遍历N个接收站距离和与关心区域N_c个单元距离和之间的差，如果

ε为距离门限，则认为关联成功，关联成功的关心距离和则保留；

步骤9、根据步骤8的关联结果得到某一时刻目标定位结果

遍历完同一时刻

组合后，每种组合剩余的关心区域距离和列表

所对应的网格中心坐标即为目标位置。

其中，步骤8具体过程如下：

第1个接收站的距离和，与所有关心区域的距离和列表比较，差小于设定门限，则保留关心区域匹配上的距离和列表，记为List{N_c-L₁}，L₁表示与第一个接收站距离和匹配上的网格数量；

比较第i个接收站的距离和与剩余的距离和列表

中的距离和，L_j表示与第j个接收站距离和匹配上的网格数量，差小于设定门限，则保留关心区域匹配上的距离和列表，直到i＝N，最后剩下的距离和对应关心区域距离和列表为

其中，步骤9所述的目标位置中，若同一目标同时对应多个相邻网格，通过平均得到唯一定位结果。

采用本发明可取得以下技术效果

1、本发明提供了一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，可以应用于合作/非合作多基地雷达目标探测中。

2、本发明可以提高多基地雷达目标探测中实时定位效率。

3、本发明可以减小多基地雷达目标探测中虚假定位结果。

4、本发明同样适用于多发多收模式多基地雷达目标定位。

附图说明

图1为本发明建立的坐标系。

图2为本发明建立的网格划分图。

图3为本发明仿真实例中的雷达部署图。

图4a为本发明仿真实例中的定位结果XY平面视图。

图4b为本发明仿真实例中的定位结果XZ平面视图。

图4c为本发明仿真实例中的定位结果YZ平面视图。

图5所示为本发明方法流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图1-5对本发明的实施方式作进一步描述。

本发明一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，如图5所示，具体步骤如下：

步骤一、定义坐标系

定义大地坐标系、地心直角坐标系、雷达站直角坐标系以及相关的坐标转换公式描述如下：

(a)大地坐标系

空间一点Q的大地坐标是以起始大地子午面、赤道面、椭球面为基准的坐标，包括大地经度L、大地纬度B和大地高程H。

大地经度：Q点的大地子午面与起始大地子午面的夹角称为该点的大地经度，记为L；

大地纬度：Q点对地球椭球的法线与赤道面的夹角，称为大地纬度，记为B；

大地高程：Q点到地球椭球面的法线距离称为大地高程，记为H。

(b)地心坐标系

地心坐标系以地球质心为原点，z₀轴指向国际协议原点，x₀轴与z₀轴垂直，由地心指向国际时间局经度零点，y₀轴在赤道面上，与x₀、z₀构成右手系，如图1所示。

(d)雷达站直角坐标系

雷达站直角坐标系也是一种站心坐标系，是以雷达中心为坐标原点O_r，z_r轴与点O_r的铅垂线重合，指向地球外，x_r轴在过点O_r的水平面内，指向大地正北，y_r与x_r、z_r构成右手系，如图1所示。

(e)大地坐标系到地心直角坐标系

输入参数：空间一点的大地坐标(L,B,H)

输出参数：地心直角坐标系中的坐标(x_o,y_o,z_o)

功能：从大地坐标系向地心直角坐标系的转换

描述：

这里，

参考椭球体的长半径a＝6378245m，扁率f＝1/298.3，第一偏心率平方e²＝0.0069342162297。

(f)地心直角坐标系到雷达直角坐标系

输入参数：空间一点在地心直角坐标系中的坐标(x_o,y_o,z_o)，雷达在地心直角坐标系中的坐标(x_r0,y_r0,z_r0)，雷达在大地坐标系下的坐标(L,B,H)

输出参数：在雷达直角坐标系下的坐标(x_r,y_r,z_r)

功能：从地心直角坐标系转换到雷达直角坐标系

描述：

其中(x_ro,y_ro,z_ro)为雷达在地心直角坐标系下的坐标。

步骤二、确定雷达发射站和接收站位置

采用一发多收模式进行说明，设定1个雷达发射站位置，经纬高(L_r,B_r,H_r)，N个接收站，每个接收站位置经纬高分别为(L_r,i,B_r,i,H_r,i){i＝1,2,.....,N}。

步骤三、设定关心区域中心位置

设定关心区域中心点坐标经纬高(L_c,B_c,H_c)

步骤四、进行坐标转换

首先，将雷达大地坐标(L_r,B_r,H_r)、关心区域中心点坐标(L_c,B_c,H_c)、各接收站位置(L_r,i,B_r,i,H_r,i){i＝1,2,.....,N}转换到地心直角坐标，分别为(x_ro,y_ro,z_ro)，(x_co,y_co,z_co)，和(x_r,i,o,y_r,i,o,z_r,i,o){i＝1,2,.....,N}，由式(1)可以得到。

然后，将关心区域中心点地心直角坐标(x_co,y_co,z_co)转换到雷达发射站直角坐标(x_c,y_c,z_c)，由式(2)可以得到：

最后，将第i个接收站位置地心直角坐标(x_r,i,o,y_r,i,o,z_r,i,o){i＝1,2,.....,N}转换到雷达发射站直角坐标(x_r,i,y_r,i,z_r,i){i＝1,2,.....,N}，由式(2)可以得到：

步骤五、设定划分网格大小和数量

在雷达发射站直角坐标系中，将关心区域划分成等间隔的网格，如图2所示，设定网格大小为δ_L，单位为米(m)，x_r,y_r,z_r三个方向的网格数量分别为2N_x+1，2N_y+1，2N_z+1，即中心位置左右各N_x，N_y，N_z个网格，总的单元格数为N_c＝(2N_x+1)(2N_y+1)(2N_z+1)则关心区域中各个网格中心在雷达发射站直角系的坐标

可表示为

步骤六、计算各个单元格中心相对于各个接收站对应的距离和

根据上述划分单元格中心坐标位置计算每个单元格中心对应于每个接收站的距离和，并保存距离和及其对应的网格中心坐标值。

步骤七、依次输入当前N个接收站同一时刻测量的的距离和

假定有N(N≥3)个接收站，第i个接收站同一时刻测量的双基地距离和集合为{S_i,j}(j＝1,2,...M_i)，M_i表示第i个接收站测量得到的距离和数量。

步骤八、匹配同一时刻N个接收站的距离和

同一时刻，N个接收站，每个接收站有M_i个距离和测量值，则一共有

种组合，存放在列表中，列表中从第一组数据开始取，N个接收站同一时刻的N个距离和，依次遍历N个接收站距离和与关心区域N_c个单元距离和之间的差，如果

ε为距离门限，则认为关联成功，关联成功的关心距离和则保留。具体操作如下：

第1个接收站的距离和，与所有关心区域的距离和列表比较，差小于设定门限，则保留关心区域匹配上的距离和列表，记为List{N_c-L₁}，L₁表示与第一个接收站距离和匹配上的网格数量。

比较第i个接收站的距离和与剩余的距离和列表

中的距离和，L_j表示与第j个接收站距离和匹配上的网格数量，差小于设定门限，则保留关心区域匹配上的距离和列表，直到i＝N，最后剩下的距离和对应关心区域距离和列表为

步骤9、给出定位结果

遍历完同一时刻

组合后，每种组合剩余的关心区域距离和列表

所对应的网格中心坐标即为目标位置。如果一种组合对应剩下的距离和列表中有多个值，则进行平均处理；如果列表为空，则表示没有能匹配上的距离和，这一组距离和就不是同一个目标的数据，不输出定位结果。

本发明的效果可以通过仿真实验加以说明，仿真条件设置如下：雷达发射站和四个接收站位置经度、纬度、高度如表1所示，雷达部署态势图如图3所示。

序号	参数	经度(°)	纬度(°)	高度(m)
					1.	发射站位置	113.737	34.844	100
2.	接收站位置1	113.747	34.881	85
					3.	接收站位置2	113.711	34.897	85
4.	接收站位置3	113.741	34.927	80
					5.	接收站位置4	113.771	34.896	80

表1

目标在雷达发射站直角坐标系中水平直飞，雷达站直角坐标系中的初始位置为(9.905,34.588,6.210)km，目标高度不变，在x、y方向的速度均为50m/s，各个接收站观测数据率为1Hz，观测时长100秒，距离和测量误差为±5m，网格划分大小为50m，关联门限为5m。通过本发明方法得到的定位结果如图4a、b、c所示，与真实航迹非常吻合。

Claims (3)

1.一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，其特征在于：该方法步骤如下：

步骤1、定义大地坐标系、地心直角坐标系、雷达站直角坐标系；

步骤2、确定雷达发射站和接收站位置

采用一发多收模式进行说明，设定1个雷达发射站位置，经纬高(L_r,B_r,H_r)，N个接收站，每个接收站位置经纬高分别为(L_r,i,B_r,i,H_r,i){i＝1,2,.....,N}；

步骤3、设定关心区域中心位置

设定关心区域中心点坐标经纬高(L_c,B_c,H_c)；

步骤4、将接收站位置、关心区域中心位置转到雷达直角坐标系

首先将雷达大地坐标(L_r,B_r,H_r)、关心区域中心点坐标(L_c,B_c,H_c)、各接收站位置(L_r,i,B_r,i,H_r,i){i＝1,2,.....,N}转换到地心直角坐标；然后，将关心区域中心点地心直角坐标(x_co,y_co,z_co)转换到雷达发射站直角坐标(x_c,y_c,z_c)；最后，将第i个接收站位置地心直角坐标(x_r,i,o,y_r,i,o,z_r,i,o){i＝1,2,.....,N}转换到雷达发射站直角坐标(x_r,i,y_r,i,z_r,i){i＝1,2,.....,N}；

步骤5、设定划分网格的大小和计算各个网格中心位置

在雷达发射站直角坐标系中，将关心区域划分成等间隔的网格；设定网格大小为δ_L，单位为米m，x_r,y_r,z_r三个方向的网格数量分别为2N_x+1，2N_y+1，2N_z+1，即中心位置左右各N_x，N_y，N_z个网格，总的单元格数为N_c＝(2N_x+1)(2N_y+1)(2N_z+1)，则关心区域中各个网格中心在雷达发射站直角系的坐标

可表示为

步骤6、计算各个网格中心相对于各个接收站对应的距离和

根据上述各个网格中心坐标位置计算每个单元格中心对应于每个接收站的距离和，并保存距离和及其对应的网格中心坐标值；

步骤7、获取多个接收站同一时刻测量的距离和

假定有N(N≥3)个接收站，第i个接收站同一时刻测量的双基地距离和集合为{S_i,j}(j＝1,2,...M_i)，M_i表示第i个接收站测量得到的距离和数量；

步骤8、依次关联步骤7获得的每个接收站同一时刻测量的距离和与步骤6获得的各个网格中心相对于各个接收站对应的距离和，具体为：

同一时刻，N个接收站，每个接收站有M_i个距离和测量值，则一共有

种组合，存放在列表中，列表中从第一组数据开始取，N个接收站同一时刻的N个距离和，依次遍历N个接收站距离和与关心区域N_c个单元距离和之间的差，如果

ε为距离门限，则认为关联成功，关联成功的关心距离和则保留；

步骤9、根据步骤8的关联结果得到某一时刻目标定位结果

遍历完同一时刻

组合后，每种组合剩余的关心区域距离和列表

所对应的网格中心坐标即为目标位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，其特征在于：所述步骤8具体过程如下：

第1个接收站的距离和，与所有关心区域的距离和列表比较，差小于设定门限，则保留关心区域匹配上的距离和列表，记为List{N_c-L₁}，L₁表示与第一个接收站距离和匹配上的网格数量；

比较第i个接收站的距离和与剩余的距离和列表

中的距离和，L_j表示与第j个接收站距离和匹配上的网格数量，差小于设定门限，则保留关心区域匹配上的距离和列表，直到i＝N，最后剩下的距离和对应关心区域距离和列表为

3.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的一种基于网格划分的多基地雷达目标定位方法，其特征在于：步骤9所述的目标位置中，若同一目标同时对应多个相邻网格，通过平均得到唯一定位结果。

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