CN108919211B - 一种面向三站协同定位的定位精度评估方法 - Google Patents

一种面向三站协同定位的定位精度评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种面向三站协同定位的定位精度评估方法。针对公知的基于双站协同定位试验的实测数据评估三站协同定位的定位精度评估方法由于模拟生成的第三站的观测数据的统计特性与实际场景下观测数据的统计特性存在较大差异,使得所述的定位精度评估方法的可信度不高。本方法通过根据三站协同定位场景设计双站协同定位试验场景从而减少所述差异。具体步骤包括：设计三站协同定位场景；设计双站协同定位试验；根据所述的双站协同定位试验采集的数据仿真生成第三站的观测数据及与第三站相关的数据；执行三站协同定位；开展定位结果评估。本发明可有效提升基于双站协同定位试验的实测数据评估三站协同定位的定位精度评估方法的可信度。

Description

一种面向三站协同定位的定位精度评估方法
技术领域
本发明涉及雷达协同定位领域。
背景技术
协同定位精度评估是统计协同定位结果与目标真实位置所构成的误差向量的特性。定位误差的统计特性通常用圆概率误差(CEP)、几何精度分布(GDOP)等方式表述。
常见的站协同定位方法包括双站协同定位方法和三站协同定位方法。双站协同定位方法利用目标辐射源信号的到达角度、双站相互测向测距结果，通过交叉定位，获得目标相对于观测站的位置。目标辐射源信号的到达角度是指观测站通过分析截获的目标辐射源信号对目标辐射源进行测向获得的测向角；双站相互测向测距是指双站采用微波量测的方式获得双站之间的距离和双站之间的方位；交叉定位是指通过三角法计算目标位置。
三站协同定位方法通过采用长基线定位提升对远距离辐射源目标的定位精度。通信功率受限情况下海面微波量测与海面通信距离存在上限，因此双站间距必须小于一定距离才能实现站点之间相互通信与相互测向测距。为提升基线距离，采用三站协同定位方法，新增中间站用于数据转发与相互测向测距；非中间站对辐射源目标进行测向；汇总后的目标辐射源信号的到达角度及站与站之间的相对距离和相对方位进行交叉定位获得辐射源目标的位置信息。
为评估所述三站协同定位的精度，可通过开展实测试验的方法获得三站协同定位数据评估三站协同定位的精度，但是该方法需要调用大量船只投入大量人员配合保障，成本较高。公知的基于双站协同定位试验的实测数据评估三站协同定位的定位精度评估方法，利用双站协同定位试验数据，模拟第三站对目标的测向数据及第三站与第二站的相互测向测距数据，从而进行三站协同定位，用以评估三站协同定位的定位精度。所述的双站协同定位试验数据包括：第一站对目标的测向数据、第二站对目标的测向数据、第一站与第二站的相互测向测距数据。所述的第三站对目标的测向数据的统计特性与第一站对目标的测向数据的统计特性或第二站对目标的测向数据的统计特性一致。所述的第三站与第二站的相互测向测距数据的统计特性与第一站与第二站的相互测向测距数据的统计特性一致。然而，公知的基于双站协同定位试验的实测数据评估三站协同定位的定位精度评估方法，模拟生成的第三站与目标及第三站与第二站的相对位置、相对运动速度大小、相对运动速度方向等参数，与第二站与目标及第二站与第一站的相对位置、相对运动速度大小、相对运动速度方向等参数不同。因此，模拟生成的第三站的观测数据的统计特性与实测数据存在差异，导致公知的基于双站协同定位试验的实测数据评估三站协同定位的定位精度评估方法的可信度不高。
发明内容
本发明的目的是为了克服利用双站协同定位数据评估三站协同定位精度存在的场景缺乏等效性设计的支撑的问题、降低评估三站协同定位精度的成本。本发明首先通过联合设计双站定位试验场景与三站定位仿真试验场景使得生成的仿真观测数据与实测数据的统计特性一致，其次进行误差提取与拼接产生满足实测数据统计特性的第三站的辐射源观测数据以及关于第三站的相互测向测距数据，之后将所述的数据送给待评估的三站协同定位***执行三站协同定位获得定位结果，最后对所述的定位结果进行精度评估。本发明给出了一种面向三站协同定位的定位精度评估方法。
为了实现本发明的目的，一种面向三站协同定位的定位精度评估方法，包括以下步骤，实施过程及软件流程如图1所示：
步骤1设计三站协同定位场景：双站定位试验观测站用S1、S2表示,生成的第三站用S3表示，目标站用Targ表示。S1与S2之间的真实距离记为L1，S1与目标之间的真实距离记为R1，S2与目标之间的真实距离记为R2。设定S3运动方向垂直于S3-Targ连线方向，设定S3速度向量模值为与S1相对S2运动的速度向量的模值相同。设定S3与S2的真实距离数组记为[L2]]，设定[L2]＝[L1]。S2观测S3的真实角度为[α2]，设定：
Figure BDA0001728444020000021
设定S3与目标的真实距离为R3＝R2；S3观测目标的真实测向值数组记为[ω3]，设定：
Figure BDA0001728444020000022
步骤2设计双站协同定位试验：S2沿垂直于S2-Targ连线方向运动，S1运动方向不受限。试验记录观测值，包括：S1观测目标的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000023
S2观测目标的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000024
S1观测S2的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000025
S1观测S2的观测距离数组
Figure BDA0001728444020000026
试验记录真值，包括：S1观测目标的真实角度数组
Figure BDA0001728444020000027
S2观测目标的真实角度数组
Figure BDA0001728444020000028
获得S1观测S2的真实角度数组[α1]、S1观测S2的真实距离数组[L1]。
步骤3根据所述的双站协同定位试验采集的数据仿真生成第三站的观测数据及与第三站相关的数据：基根据S1观测S2的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000031
S1观测S2的真实角度数组[α1]，提取误差
Figure BDA0001728444020000032
对[ε1]循环移位并叠加至[α2]，生成S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA0001728444020000033
根据S1观测S2的观测距离数组
Figure BDA0001728444020000034
S1观测S2的真实距离数组[L1]，提取误差
Figure BDA0001728444020000035
对[ε2]循环移位并叠加至[L2]，生成S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA0001728444020000036
根据S1观测目标的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000037
或者S2观测目标的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000038
S1观测目标的真实角度数组[ω1]或者S2观测目标的真实角度数组[ω2]，按照
Figure BDA0001728444020000039
或者
Figure BDA00017284440200000310
提取误差[ε3]，对[ε3]循环移位并叠加至[ω3]，生成S3对目标的观测值数组
Figure BDA00017284440200000311
步骤4执行三站协同定位：根据S1观测S2的观测角度数组
Figure BDA00017284440200000312
S1观测S2的观测距离数组
Figure BDA00017284440200000313
S1观测目标的观测角度数组
Figure BDA00017284440200000314
S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA00017284440200000315
S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA00017284440200000316
S3对目标的观测值数组
Figure BDA00017284440200000317
对目标执行三站定位。
步骤5开展定位结果评估。
本发明的有益效果：由于采用本发明所述的方法，通过根据三站协同定位场景设计双站协同定位场景，仿真生成的第三站对辐射源观测的数据以及第三站与中间站的相互测向测距数据的统计特性与真实情况三站协同定位获得的第三站对辐射源观测的数据以及第三站与中间站的相互测向测距数据的统计特性一致，从而可以实现基于双站协同定位实测数据执行三站协同定位精度评估。
附图说明
图1为一种面向三站协同定位的定位精度评估方法流程图。
图2为双站协同定位试验场景示意图。
图3为三站协场景示意图。
图4为本发明具体实施方式流程图。
具体实施方式
实施过程及软件流程如图3所示，具体描述为以下过程。其中双站定位试验观测站用S1、S2表示，生成的第三站用S3表示，目标站用Targ表示。
步骤1:构造三站场景：S3构造于靠近S2的位置，俯视图顺时针方向依次经过S3-S2-S1。S1与S2的真值距离数组设置为[L1]；S3与S2的真值距离数组设置为[L2]，其中L2＝L1；设定S2观测目标的真实角度数组为[ω2]；S2与目标的距离设定为R2；S2观测S3的角度真值数组记为[α2]，设置
Figure BDA0001728444020000041
S3观测目标站的测向真值数组记为[ω3]，设置
Figure BDA0001728444020000042
步骤2:开展双站定位试验：配备真值记录设备开展双站定位试验。双站定位试验观测站用S1、S2表示，俯视图顺时针方向依次经过S2-S1；目标站用Targ表示。S2沿垂直于S2-Targ连线方向运动，S1运动方向不受限。目标采用环扫工作方式。
步骤3:记录双站定位试验数据：记录试验观测数据，获得S1观测S2的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000043
S1观测S2的观测距离数组
Figure BDA0001728444020000044
S1观测目标的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000045
S2观测目标的观测角度数组
Figure BDA0001728444020000046
记录试验真值，获得S1观测S2的真实角度数组[α1]、S1观测S2的真实距离数组[L1]、S1观测目标的真实角度数组[ω1]、S2观测目标的真实角度数组[ω2]。
步骤4:提取误差：提取S1观测S2的相互测向误差数组
Figure BDA0001728444020000047
提取S1观测S2的相互测距误差数组
Figure BDA0001728444020000048
提取S2观测Targ的测向误差数组
Figure BDA0001728444020000049
步骤5:生成S3对目标的观测值：[ε3]数组中元素个数为m，[ε3]循环移位m-1位，获得新数组记录为[ε4]。生成S3对目标的观测值数组
Figure BDA00017284440200000410
步骤6:生成S2观测S3的角度观测值：[ε1]数组中元素个数为n，[ε1]循环移位n-1位，获得新数组记录为[ε5]。生成S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA00017284440200000411
步骤7:生成S2观测S3的距离观测值：[ε2]数组中元素个数为o，[ε2]循环移位o-1位，获得新数组记录为[ε6]。生成S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA00017284440200000412
步骤8:执行三站定位：根据S1观测S2的观测角度数组
Figure BDA00017284440200000413
S1观测S2的观测距离数组
Figure BDA00017284440200000414
S1观测目标的观测角度数组
Figure BDA00017284440200000418
S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA00017284440200000415
S2观测S3的角度观测值数组
Figure BDA00017284440200000416
S3对目标的观测值数组
Figure BDA00017284440200000417
对目标执行三站定位。
(步骤中，其中形如[X]＝[Y]±[Z]表示数组Y逐项相加/减数组Z，获得数组X。)
步骤9:统计定位误差：根据S1观测目标的真实角度数组[β1]、S2观测目标的真实角度数组[β2]构造目标真值向量数组[Rst0]，计算[Rst0]与[Rst3]各元素向量差的模值，形成定位误差序列[ER]，记录序列长度为m。若m为奇数，记CEP＝[ER](m+1)/2；若m为偶数，记CEP＝[ER]m/2。

Claims (1)

1.一种面向三站协同定位的定位精度评估方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：设计三站协同定位场景：双站定位试验观测站用S1、S2表示，生成的第三站用S3表示，目标站用Targ表示；S1与S2之间的真实距离记为L1，S1与目标之间的真实距离记为R1，S2与目标之间的真实距离记为R2；设定S3运动方向垂直于S3-Targ连线方向，设定S3速度向量模值为与S1相对S2运动的速度向量的模值相同；S3与S2的真实距离数组记为[L2]，设定[L2]＝[L1]；S2观测S3的真实角度记为[α2]，设定：
Figure FDA0003431117590000011
S3与目标的真实距离记为R3，设定R3＝R2；S3观测目标的真实测向值数组记为[ω3]，设定：
Figure FDA0003431117590000012
步骤2：设计双站协同定位试验：S2沿垂直于S2-Targ连线方向运动，S1运动方向不受限；记录试验观测值，包括：S1观测目标的观测角度数组
Figure FDA0003431117590000013
S2观测目标的观测角度数组
Figure FDA0003431117590000014
S1观测S2的观测角度数组
Figure FDA0003431117590000015
S1观测S2的观测距离数组
Figure FDA0003431117590000016
记录试验真值，包括：S1观测目标的真实角度数组[ω1]、S2观测目标的真实角度数组[ω2]、获得S1观测S2的真实角度数组[α1]、S1观测S2的真实距离数组[L1]；
步骤3：根据所述的双站协同定位试验采集的数据仿真生成第三站的观测数据及与第三站相关的数据：根据S1观测S2的观测角度数组
Figure FDA0003431117590000017
S1观测S2的真实角度数组[α1]，提取误差
Figure FDA0003431117590000018
对[ε1]循环移位并叠加至[α2]，生成S2观测S3的角度观测值数组
Figure FDA0003431117590000019
根据S1观测S2的观测距离数组
Figure FDA00034311175900000110
S1观测S2的真实距离数组[L1]，提取误差
Figure FDA00034311175900000111
对[ε2]循环移位并叠加至[L2]，生成S2观测S3的距离观测值数组
Figure FDA00034311175900000112
根据S1观测目标的观测角度数组
Figure FDA00034311175900000113
或者S2观测目标的观测角度数组
Figure FDA00034311175900000114
S1观测目标的真实角度数组[ω1]或者S2观测目标的真实角度数组[ω2]，根据
Figure FDA00034311175900000115
或者
Figure FDA00034311175900000116
提取误差[ε3]，对[ε3]循环移位并叠加至[ω3]，生成S3对目标的观测值数组
Figure FDA00034311175900000117
步骤4：执行三站协同定位：根据S1观测S2的观测角度数组
Figure FDA0003431117590000021
S1观测S2的观测距离数组
Figure FDA0003431117590000022
S1观测目标的观测角度数组
Figure FDA0003431117590000023
S2观测S3的角度观测值数组
Figure FDA0003431117590000024
S2观测S3的角度观测值数组
Figure FDA0003431117590000025
S3对目标的观测值数组
Figure FDA0003431117590000026
对目标执行三站定位；
步骤5：开展定位结果评估。
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