CN111999696B - 一种多平台测向交叉定位优化方法 - Google Patents

一种多平台测向交叉定位优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多平台测向交叉定位优化方法，包括如下步骤：步骤一、各平台两两测向交叉定位，获得目标粗略定位点的集合；步骤二、对目标粗略定位点数据进行预处理，求取几何中心，作为目标的概略位置；步骤三、将目标概略位置，各观测平台测向数据、电子对抗侦察装备测向误差以及部署位置等信息作为输入，进行两两测向交叉定位，计算GDOP误差值并逐一比对，GDOP误差值最小时，对应的两站测向交叉定位输出即为最优定位结果。本发明提出的方法充分考虑了各平台装备实际侦察测向能力、目标与各平台的位置几何关系等因素对测向交叉定位精度的影响，确保了测向交叉定位平台选择的最优化，提升了多平台协同交叉定位的精度。

Description

一种多平台测向交叉定位优化方法
技术领域
本发明涉及电子对抗侦察技术领域，具体是一种多平台测向交叉定位优化方法。
背景技术
随着电子干扰技术、低空突防技术、隐身技术及反辐射导弹技术的不断发展和大规模运用，传统雷达系统的生存能力和作战效能正面临着日益严重的威胁。由于无源定位技术可以在自身不辐射信号的情况下获取辐射源的位置信息，具有隐蔽性好、抗干扰能力强、作用距离远等优点，受到了各国的重视。在复杂战场环境中，高精度估计出目标辐射源的位置，有助于精准的态势感知和干扰引导，将为指挥员决策和武器平台打击引导提供更好的情报保障能力。方位是目标辐射源较为稳定、可靠的信息，测向交叉定位是无源定位中运用最广泛、研究时间最长的一种定位方法，一直是国内外学者研究的重点。根据双站测向交叉定位误差模型，双站测向交叉定位的精度与平台电子侦察装备测向误差、目标与各平台的位置几何关系等因素有关。在多平台电子对抗侦察装备对同一目标截获测向的情况下，如何充分考虑测向交叉定位误差因素，确保测向交叉定位平台选择的最优化、实现测向交叉定位的精准化，是急需研究解决的问题。
从国内外公开的文献中，还没有发现针对这一问题开展研究的报导。本发明提出了一种多平台测向交叉定位优化方法，提升了多平台协同交叉定位的精度，在军事和民用领域具有重要的应用价值。
发明内容
本发明提供一种多平台测向交叉定位优化方法，充分考虑了各平台装备实际侦察测向能力、目标与各平台的位置几何关系等因素对测向交叉定位精度的影响，确保了测向交叉定位平台选择的最优化，提升了多平台协同交叉定位的精度。
一种多平台测向交叉定位优化方法，包括如下步骤：
步骤一、至少有个观测平台对同一辐射源目标截获测向，各平台两两测向交叉定位，获得个目标粗略定位点的集合，其中n为大于等于3整数；
步骤二、对步骤一获得的个目标粗略定位点数据进行预处理，求取几何中心，作为目标的概略位置；
步骤三：将步骤二得到的目标概略位置、各观测平台测向数据、电子对抗侦察装备测向误差以及部署位置作为输入，进行两两测向交叉定位，计算GDOP误差值并逐一比对，当GDOP误差值最小时，对应的两站测向交叉定位输出即为最优定位结果。
进一步的，所述步骤三具体包括：
步骤3.1：计算GDOP误差值:假设在一个二维空间中两观测平台的部署位置分别为CX1(x1，y1)和CX2(x2，y2)，两观测平台对同一辐射源目标测向数据分别为θ1和θ2，且测向误差服从均值为零，标准差分别为σ1和σ2且相对独立的正态分布，目标概略位置为T(xτ,yτ)，且目标概略位置与两观测平台距离分别为R1和R2，其定位误差dP如下式所示
Figure GDA0004264409040000021
其中测角误差/>
Figure GDA0004264409040000022
可令
Figure GDA0004264409040000031
得到
dP＝Hdθ
可得定位误差的协方差阵Pd为：
Figure GDA0004264409040000032
根据GDOP定义，GDOP为定位误差协方差阵的迹，可得GDOP误差值为
Figure GDA0004264409040000033
各平台两两测向交叉定位，得到GDOP值为
Figure GDA0004264409040000034
步骤3.2：比较GDOP误差值大小:逐一比对，当GDOP误差值最小时，对应的两站即为最优交叉定位站(CXm,CXn):
Figure GDA0004264409040000035
步骤3.3：得出最优测向交叉定位结果:将步骤3.2得出的最优交叉定位站(CXm,CXn)的测向数据、平台位置以及装备测向精度作为输入，计算得到最优测向交叉定位结果，其中
测向交叉定位的方程组为
Figure GDA0004264409040000036
简化上式并以矩阵形式表示为
Figure GDA0004264409040000037
进一步
Figure GDA0004264409040000041
可得
HX＝Z
从而可以求解目标的位置坐标为
X＝H-1·Z。
本发明通过多平台测向交叉优化方法选择最优测向交叉定位平台，进行测向交叉定位得到目标位置，可以提高多平台测向交叉定位精度，方法简单，效果良好，在军事和民用领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明与现有技术的误差对比图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明的方法，下面结合实施例和附图说明对本发明进行详细的说明：
一种多平台测向交叉定位优化方法，包括如下步骤：
步骤一、至少有n个观测平台对同一辐射源目标截获测向，各平台两两测向交叉定位，获得
Figure GDA0004264409040000042
个目标粗略定位点的集合，其中n为大于等于3整数；
步骤二、对步骤一获得的
Figure GDA0004264409040000043
个目标粗略定位点数据进行预处理，求取几何中心，作为目标的概略位置；
步骤三：将步骤二得到的目标概略位置、各观测平台测向数据、电子对抗侦察装备测向误差以及部署位置作为输入，进行两两测向交叉定位，计算GDOP误差值并逐一比对，当GDOP误差值最小时，对应的两站测向交叉定位输出即为最优定位结果。
所述步骤三具体包括：步骤3.1：进行两两测向交叉定位，计算GDOP误差值:假设在一个二维空间中两观测平台的部署位置分别为CX1(x1,y1)和CX2(x2,y2)，两观测平台对同一辐射源目标的测向数据分别为θ1和θ2，且测向误差服从均值为零，标准差分别为σ1和σ2且相对独立的正态分布，目标概略位置为T(xτ,yτ)，且目标概略位置与两观测平台距离分别为R1和R2，其定位误差dP如下式所示：
Figure GDA0004264409040000051
其中测角误差/>
Figure GDA0004264409040000052
可令
Figure GDA0004264409040000053
得到
dP＝Hdθ
可得定位误差的协方差阵为：
Figure GDA0004264409040000054
根据GDOP定义，GDOP为定位误差协方差阵的迹，可得GDOP误差值为：
Figure GDA0004264409040000055
各平台两两测向交叉定位，得到GDOP值为
Figure GDA0004264409040000056
步骤3.2：比较GDOP误差值大小:逐一比对，当GDOP误差值最小时，对应的两站即为最优交叉定位站(CXm,CXn):
Figure GDA0004264409040000061
步骤3.3：得出最优测向交叉定位结果:将步骤3.2得出的最优交叉定位站(CXm,CXn)的测向数据、平台位置以及装备测向精度作为输入，计算得到最优测向交叉定位结果，其中
测向交叉定位的方程组为
Figure GDA0004264409040000062
简化上式并以矩阵形式表示为
Figure GDA0004264409040000063
进一步
Figure GDA0004264409040000064
可得
HX＝Z
从而可以求解目标的位置坐标为
X＝H-1·Z。
计算实例:
本例利用matlab对多平台测向交叉定位优化方法进行仿真，为了方便说明问题，在此作出假设如下：
1)各平台和辐射源都处在同一二维平面内；
2)每个观测平台都能正常接收到目标辐射源信号；
3)每个观测平台的测向误差服从均值为零，标准差为0.1的正态分布；
4)各观测平台之间已经进行了时间配准。
假设在空间中存在某一辐射源目标(经度：120.024E，纬度：24.187N)，有5个观测平台对其截获并测向，平台部署位置分别为表1所示:
表1平台部署位置表
平台 坐标
站点1 (121.707E，29.321N)
站点2 (120.741E，27.790N)
侦察船3 (120.000E，26.000N)
站点4 (117.181E，23.731N)
站点5 (114.195E，22.361N)
各观测平台测向数据如表2所示:
表2测向数据表
平台 测向数据
站点1 187.4450
站点2 175.8255
侦察船3 150.6143
站点4 83.2296
站点5 75.1044
多平台测向交叉定位优化方法效果：
各平台两两测向交叉定位，获得10个目标粗略定位点的集合，如表3所示:
表3目标粗略定位点集合
平台 坐标
站点1-站点2 (121.016E，24.032N)
站点1-侦察船3 (121.033E，24.164N)
站点1-站点4 (121.036E，24.188N)
站点1-站点5 (121.035E，24.180N)
站点2-侦察船3 (121.002E，24.219N)
站点2-站点4 (121.004E，24.185N)
站点2-站点5 (121.005E，24.173N)
侦察船3-站点4 (121.020E，24.187N)
侦察船3-站点5 (121.025E，24.178N)
站点4-站点5 (121.088E，24.195N)
对获得的10个目标粗略定位点数据进行预处理，求取几何中心，求得目标概略位置为(121.0270E，24.1706N)。
将得到的目标概略位置、各观测平台测向数据、电子对抗侦察装备测向误差以及部署位置等信息作为输入，进行两两测向交叉定位，计算GDOP误差值。
以站点1和站点2为例：
目标概略位置到站点1和站点2的距离分别为
R1＝5.1951、R2＝3.6310
代入概略目标位置、站点1、站点2的部署位置和目标到观测平台的距离，可求得定位误差dP为
Figure GDA0004264409040000091
可得定位误差的协方差阵Pd为
Figure GDA0004264409040000092
根据GDOP定义，GDOP为定位误差协方差阵的迹，可得GDOP误差值为
Figure GDA0004264409040000093
同理可以得到其他两两测向交叉定位的GDOP值如表4所示:
表4两两测向交叉定位GDOP值
平台 GDOP值
站点1-站点2 6.9167
站点1-侦察船3 1.2486
站点1-站点4 1.1239
站点1-站点5 1.9438
站点2-侦察船3 1.4679
站点2-站点4 1.3481
站点2-站点5 2.7855
侦察船3-站点4 9.9327
侦察船3-站点5 1.9016
站点4-站点5 2.3803
比较GDOP值的大小，选出GDOP值最小的两站，得出平台1和平台4为最优交叉定位平台，组织平台1和平台4进行测向交叉定位，获得了目标位置的优化结果为(121.0366E,24.1889N)。
为了验证本发明方法的有效性，分别利用多平台测向交叉定位5化方法和传统人工组织交叉定位方法，对目标进行了100次的重复实验。为了模拟人工选择平台进行测向交叉定位的情况，假定从5个站点中随机选取两站进行测向交叉定位，并对站点1和站点4组合外的所有组合进行相同了实验，每次实验求得在坐标系下的真实目标与所测得目标之间距离差，取平均值进行对比，实验结果如图1和表5所示：
表5均方根误差对比表
测向交叉定位方法 目标位置真实值与测量值的距离差(km)
多平台测向交叉定位优化方法(平台1-平台4) 0.6306
人工测向交叉定位(平台1-平台2) 5.3910
人工测向交叉定位(平台1-侦察船3) 1.5312
人工测向交叉定位(平台1-站点5) 1.0422
人工测向交叉定位(平台2-侦察船3) 1.4144
人工测向交叉定位(平台2-平台4) 1.1232
人工测向交叉定位(平台2-平台5) 0.9237
人工测向交叉定位(侦察船3-平台4) 0.8765
人工测向交叉定位(侦察船3-平台5) 0.7349
人工测向交叉定位(平台4-平台5) 7.0823
仿真结果验证了该方法的有效性，与传统人工方法相比，本发明多平台测向交叉定位优化方法的定位精度提高了69.3％。

Claims (2)

1.一种多平台测向交叉定位优化方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、至少有n个观测平台对同一辐射源目标截获测向，各平台两两测向交叉定位，获得
Figure FDA0004217867670000011
个目标粗略定位点的集合，其中n为大于等于3整数；
步骤二、对步骤一获得的
Figure FDA0004217867670000012
个目标粗略定位点数据进行预处理，求取几何中心，作为目标的概略位置；
步骤三：将步骤二得到的目标概略位置、各观测平台测向数据、电子对抗侦察装备测向误差以及部署位置作为输入，进行两两测向交叉定位，计算GDOP误差值并逐一比对，当GDOP误差值最小时，对应的两站测向交叉定位输出即为最优定位结果。
2.如权利要求1所述的多平台测向交叉定位优化方法，其特征在于所述步骤三具体包括：
步骤3.1：进行两两测向交叉定位，计算GDOP误差值:假设在一个二维空间中两观测平台的部署位置分别为CX1(x1,y1)和CX2(x2,y2)，两观测平台对同一辐射源目标的测向数据分别为θ1和θ2，且测向误差服从均值为零，标准差分别为σ1和σ2且相对独立的正态分布，目标概略位置为T(xτ,yτ)，且目标概略位置与两观测平台距离分别为R1和R2，其定位误差dP如下式所示：
Figure FDA0004217867670000013
其中测角误差/>
Figure FDA0004217867670000014
令
Figure FDA0004217867670000021
得到
dP＝Hdθ
得到定位误差的协方差阵为：
Figure FDA0004217867670000022
根据GDOP定义，GDOP为定位误差协方差阵的迹，得到GDOP误差值为：
Figure FDA0004217867670000023
各平台两两测向交叉定位，得到GDOP值为
Figure FDA0004217867670000024
步骤3.2：比较GDOP误差值大小:逐一比对，当GDOP误差值最小时，对应的两站即为最优交叉定位站(CXm,CXn):
Figure FDA0004217867670000025
步骤3.3：得出最优测向交叉定位结果:将步骤3.2得出的最优交叉定位站(CXm,CXn)的测向数据、平台位置以及装备测向精度作为输入，计算得到最优测向交叉定位结果，其中
测向交叉定位的方程组为
Figure FDA0004217867670000026
简化上式并以矩阵形式表示为
Figure FDA0004217867670000031
进一步
Figure FDA0004217867670000032
得到
HX＝Z
从而求解目标的位置坐标为
X＝H-1·Z。
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