CN108919185A - 非对称布站多元微分时差定位误差分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了非对称布站多元微分时差定位误差分析方法，将主站作为观测原点使各辅站对称分布与主站两侧，三站夹角的角平分线作为Y轴，建立笛卡尔坐标系，在此坐标系下获取定位目标与主站间的相对位置；在此模型下，对到达时间以及站址分布进行多元微分，推导定位圆概率误差数学表达式，进一步计算出不同侦测距离下的定位圆概率误差数学表达式。本发明建立数学模型量化分析以上因素对定位误差的影响，推导非对称布站下定位误差圆概率密度的数学表达式，具有工程实践价值。

Description

非对称布站多元微分时差定位误差分析方法
技术领域
本技术发明属于被动侦察领域。
背景技术
时差定位是利用同一辐射源信号到达分布多站的时间差形成双曲线(面)进行定位的一种无源定位技术。在地基情况下，长基线时差定位***具有定位精度高、对设备要求低的优点，在工程实现中得到广泛的应用。但是，长基线时差***的定位精度受到目标和定位***的相对几何关系制约。在实际战场环境中，布站受到地形和战术应用的限制，很容易出现布站不规则的现象。
近年来，关于多站时差***的最优布站问题研究很多，主要分析了诸如“Y型”布站、“倒Y型”布站、“倒T型”布站等多种规则布站形式下定位精度的分布情况。
假设R0(x0,y0)表示中心时差站的坐标，脉冲到达该站的时间是t0。R1(x1,y1)、R2(x2,y2)分别表示时差辅助站的坐标，脉冲到达时间分别是t1、t2，雷达的位置为E(x，y)。如图1所示，存在如下关系：
其中c＝3×108m/s，为光速；Δri＝Ri-R0，i＝1,2。
从式1可以看出，雷达的定位精度与脉冲到达时间和时差站的测量误差有关。脉冲到达时间的测量误差与时差站接收机环境噪声和内部的噪声以及时间测量的量化噪声有关，是随机误差。时差站的测量误差与定位精度有关是固定误差，该误差可以通过多次测量加以校正。
定位精度通常用GDOP(geometrical dilution of precision)衡量。GDOP值越小，定位精度越高。对Δri求微分，得到：
d(Δri)＝(cix-c0x)dx+(ciy-c0y)dy+(ki-k0) 式2
其中，ki＝cixdxi+ciydxy，i＝1,2
对于三站定位***，目标与站址位置存在相关系数矩阵C。
同时令dXs＝[k1-k0 k2-k0]T，dX＝[dx dy]T，d(ΔR)＝[d(Δr1)d(Δr2)]T。于是存在：
d(ΔR)＝C·dX+dXs 式4
进一步求得定位误差的估计值
令D＝(CTC)-1CT，则dX＝D[d(ΔR)-dXs]，假设测时误差d(ΔR)与时差站的测量误差dXs之间各分量互不相关，则定位误差的协方差矩阵为：
设为Δri测时误差标准差，通常Δri经***修正后服从正态分布，可得：
ηij为Δri与Δrj之间的相关系数，通常情况下ηij＝0(i≠j)，时差站址测量误差各分量的方差满足并且误差各分量之间互不相关，可得：
经过运算可得：
则：
假设D＝[bij]2×2
其中，
由式10可以看出，GDOP与时差站站址测量误差以及测时误差的标准差有关，而且直接反映了目标与接收几何位置关心对定位精度的影响。D矩阵的元素与目标相对于各站的余弦有关。
发明内容
本发明提出一种非对称布站多元微分时差定位误差分析方法。根据数学分析，当两个辅站在主站左右对称分布时，平均定位误差最小。据此根据三站的具***置建立合适的笛卡尔坐标系，将非对称布站转化为对称布站。在该坐标系基础上，对到达时间以及时差站站址的位置分别微分，求取定位圆概率误差的数学表达式。利用测时误差与测距误差的独立性，对圆概率误差数学表达式进行简化求解，获得相对定位误差数学表达式。针对工程实践中时差定位***的不对称布站，该式可对定位精度进行分析，并根据实际的布站位置将分析结果绘制成误差曲线在海图上进行显示，辅助判断实际目标的真实位置。
本发明的技术方案如下：首先建立满足当前布站情况的合适的坐标系。为了使三站单侧的平均误差最小，辅站应当在主站左右对称分布。将中心站作为坐标原点，两辅站间的角平分线作Y轴。在观测站具***置已知的情况下，可以计算出辅站的坐标值。对到达时间以及时差站站址的位置分别微分，获得定位圆概率误差的数学表达式。由于测时误差与测距误差的独立统计特性，进一步简化求解圆概率误差的数学表达式。使用相对定位误差将不同距离情况下的定位误差归一化。可以对***侦测范围内不同位置的定位误差进行求解，并在海图上表示出来，对真实目标定位效果起到辅助判断作用。
本发明将非对称布站转化为对称布站，对时差***定位误差进行定量分析。与现有的定位误差分析技术相比，降低了计算复杂度，具有工程实践价值。
附图说明
图1时差定位原理示意图。
图2非对称布站转化为对称布站示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行举例说明。
本发明的具体实施方式如下：
1、建立适合不对称布站场景下的标系。
由于观测站的实际物理位置已知，为使各辅站对称分布与主站两侧，故将主站作为观测原点，三站夹角的角平分线作为Y轴，建立笛卡尔坐标系，如图2所示。在此坐标系下，时差定位求得目标的位置是目标与主站间的相对位置。根据主站时间观测位置可以获得目标的真实经纬度。
2、推导定位误差的定量表达式。
在步骤1建立的坐标系中，
对式1中的到达时间与时差观测站位置分别微分，可得：
可得：
将式12简化，到达时间测量误差与时差站测距误差相互独立。设 进一步可以得到：
可得到圆概率误差RCEP为：
其中，
由式14可以看出，当θ＝180°时，RCEP趋近于无穷大，即雷达位于基线上时，定位误差无穷大；当θ＝30°时，式14具有最小值不同距离情况下的雷达定位误差可以用相对定位误差r表示：
其中R0表示目标到主站的距离。
3、海图显示
计算观察范围内各具***置的圆概率误差并在海图上显示，辅助判断定位目标的真实位置。

Claims (1)

1.非对称布站多元微分时差定位误差分析方法，其特征在于：将主站作为观测原点使各辅站对称分布与主站两侧，三站夹角的角平分线作为Y轴，建立笛卡尔坐标系，在此坐标系下获取定位目标与主站间的相对位置；在此模型下，对到达时间以及站址分布进行多元微分，推导定位圆概率误差数学表达式，进一步计算出不同侦测距离下的定位圆概率误差数学表达式。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915928A (zh) * 2010-07-14 2010-12-15 中国电子科技集团公司第十研究所 双星时差/频差联合定位的方法及装置
CN102981144A (zh) * 2012-11-21 2013-03-20 西安电子科技大学 空中运动平台对目标的三维无源定位方法
CN106872942A (zh) * 2016-12-23 2017-06-20 安徽四创电子股份有限公司 用于分布式多点定位监视***的定位精度解算方法
CN107015199A (zh) * 2017-05-09 2017-08-04 南京航空航天大学 一种考虑无人机姿态角的双无人机测向时差定位方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915928A (zh) * 2010-07-14 2010-12-15 中国电子科技集团公司第十研究所 双星时差/频差联合定位的方法及装置
CN102981144A (zh) * 2012-11-21 2013-03-20 西安电子科技大学 空中运动平台对目标的三维无源定位方法
CN106872942A (zh) * 2016-12-23 2017-06-20 安徽四创电子股份有限公司 用于分布式多点定位监视***的定位精度解算方法
CN107015199A (zh) * 2017-05-09 2017-08-04 南京航空航天大学 一种考虑无人机姿态角的双无人机测向时差定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄河: "多站时差定位***试验方法研究与应用", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *

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