CN109188417B - 采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于信号与信息处理技术领域，涉及一种采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法。本发明先利用单个无人机平台在多个不同的位置测量扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔，再由无人机平台的位置坐标确定的相关向量和扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔确定扫描式辐射源的位置、扫描角速度的拟合误差，最后，在扫描式辐射源的位置范围内和扫描角速度范围内搜索拟合误差的最小值，这个最小值对应的扫描式辐射源的位置和扫描角速度即为本发明确定的扫描式辐射源的位置和扫描角速度。本发明只需要一个无人机平台、一个信号接收机通道即可在扫描式辐射源的扫描角速度未知的情况下实现对扫描式辐射源进行单站被动定位的目的。

Description

采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种利用单个无人机平台在多个不同的位置测量脉冲信号到达时间间隔对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法。
背景技术
在现代雷达对抗技术中，利用被动定位技术判断敌方雷达地理位置有助于我方判断敌方武器防御***组成，在实施干扰对抗引导、武器杀伤引导、电子情报侦察和战术机动突防作战等方面具有重大的军事意义。
按照观测站数量，可将被动定位方法分为单站被动定位方法与多站被动定位方法。利用多个观测平台对扫描式辐射源的脉冲信号的到达时间差或到达角度差进行测量，可实现对扫描式辐射源进行多站被动定位的目的，但是需要多站之间的时间同步、多站之间的同源脉冲聚类等处理，并假设扫描式辐射源的脉冲到达时间是周期性出现的。单站被动定位方法是由一个观测平台对辐射源进行连续测量，先获取与辐射源位置相关的测量参数，再进行相应的辐射源位置解算，最后确定辐射源的位置坐标。由于仅使用一个观测站，单站被动定位***具有较强的独立性和隐蔽性。目前，单站被动定位方法主要用于两种情况：一种是运动的一个观测站对固定的辐射源进行单站被动定位，另一种是固定的一个观测站对运动的辐射源进行定位。由于涉及到观测站或目标运动，因此扫描式辐射源的脉冲到达时间不再是周期性出现的，增加了采用单站被动定位方法对扫描式辐射源进行定位的难度，这类方法在公开文献中尚未见到。
发明内容
本发明提出一种对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法，先利用单个无人机平台在多个不同的位置测量扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔，再由无人机平台的位置坐标确定的相关向量和扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔确定扫描式辐射源的位置、扫描角速度的拟合误差，最后，在扫描式辐射源的位置范围内和扫描角速度范围内搜索拟合误差的最小值，这个最小值对应的扫描式辐射源的位置和扫描角速度即为本发明确定的扫描式辐射源的位置和扫描角速度。本发明只需要一个无人机平台、一个信号接收机通道即可在扫描式辐射源的扫描角速度未知的情况下实现对扫描式辐射源进行单站被动定位的目的。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案进行实现。
一种采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法如下：
步骤1：初始化设置，将位于地面的扫描式辐射源的位置坐标搜索的总个数、扫描式辐射源的位置坐标搜索范围、扫描角速度搜索的总个数、扫描角速度搜索范围、无人机平台的位置坐标、测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔数据写入主机内存；
步骤2：由无人机平台的位置坐标确定相关向量与系数矩阵；
步骤3：在扫描式辐射源的位置坐标搜索范围内和扫描角速度搜索范围内，确定扫描式辐射源的各个位置坐标、各个扫描角速度对应的拟合误差；
步骤4：确定拟合误差的最小值，这个最小值对应的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度即为本发明确定的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度。
进一步地，所述步骤1的具体执行过程如下：
初始化设置，将位于地面的扫描式辐射源的位置坐标搜索的总个数N，扫描式辐射源的位置坐标搜索范围(an,bn)，n＝1,...,N，扫描角速度搜索的总个数K，扫描角速度搜索范围uk，k＝1,...,K，无人机平台测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔的总个数M，无人机平台的位置坐标(xm,ym,zm)，测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔τm，m＝0,1,...,M，τ0固定为0秒，写入主机内存；
进一步地，所述步骤2的具体执行过程如下：
由无人机平台的位置坐标确定相关向量与系数矩阵，为：
Figure BDA0001788026160000021
系数矩阵，为：
Figure BDA0001788026160000022
进一步地，所述步骤3的具体执行过程如下：
在扫描式辐射源的位置坐标搜索范围内和扫描角速度搜索范围内，确定扫描式辐射源的各个位置坐标、各个扫描角速度对应的拟合误差，为：
ε(an,bn,ηk)＝q-Qp1(an,bn)-p2(an,bn,ηk)
其中，n＝1,...,N，k＝1,...,K，
Figure BDA0001788026160000031
Figure BDA0001788026160000032
进一步地，所述步骤4的具体执行过程如下：
确定拟合误差的最小值，这个最小值对应的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度即为本发明确定的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度，为：
Figure BDA0001788026160000033
其中，
Figure BDA0001788026160000034
其中，T表示转置。
与现有技术相比，本发明方案的有益效果是：
在扫描式辐射源的扫描周期不知道的情况下，只利用单个无人机平台即可实现对扫描式辐射源进行单站定位，所需的脉冲信号到达时间间隔测量精度只需要达到几十微秒数量级、无人机平台的位置测量精度只需要达到米数量级即可实现对扫描式辐射源进行定位的目的。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细描述：
实施例
本例中的扫描式辐射源的实际位置坐标为(1403，20945)，实际的扫描式辐射源的扫描角速度为60度/秒，实际的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔(单位：秒)分别为：5.9797 5.9802 5.9815 5.9797 5.9809 5.9781 5.9837 5.9778 5.9797 5.9767
为了考察本发明的定位方法抑制测量误差的能力，无人机平台的位置坐标测量中都存在独立分布的随机误差，该误差服从均值为0米、标准差为10米的高斯分布，扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔测量中都存在独立分布的随机误差，该误差服从-50微秒到+50微秒的均匀分布。
本发明的具体实施方式流程如下：
步骤1：将扫描式辐射源的位置坐标搜索范围：横坐标x从-792米到9208米、纵坐标y从18827米到22827米、间隔都是100米，扫描角速度搜索范围：从55.0079度到65.0079度、间隔0.1度，无人机平台的位置坐标(单位：千米)：
Figure BDA0001788026160000041
测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔(单位：秒)：
5.9797 5.9803 5.9815 5.9797 5.9809 5.9781 5.9837 5.9778 5.9797 5.9768τ0固定为0秒，数据写入主机内存；
步骤2：由无人机平台的位置坐标确定相关向量(元素的单位：107米2)，为：
0.1003
0.1315
0.1969
0.2975
0.4392
0.6182
0.8441
1.1269
1.3745
1.6381
系数矩阵，为(第一、二列元素的单位：1000米，第三列元素无量纲)：
Figure BDA0001788026160000051
步骤3：在扫描式辐射源的位置坐标搜索范围内和扫描角速度搜索范围内，确定扫描式辐射源的各个位置坐标、各个扫描角速度对应的拟合误差，第1个为82174，最后一个为93740；
步骤4：确定拟合误差的最小值，为1846.5，这个最小值对应的扫描式辐射源的位置坐标为(1403，20945)米，扫描角速度为60.0043度/秒，即为本发明确定的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度。
可见，在测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔误差(单位：微秒)分别为：16.3014 49.0588 -8.9270 11.0546 -23.6453 -48.9811 -28.6418 46.0986 1.264136.9655的情况下，本发明确定的扫描式辐射源的位置坐标的相对误差约为2.5％，扫描角速度误差约为0.0043度/秒。

Claims (5)

1.采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：初始化设置，将位于地面的扫描式辐射源的位置坐标搜索的总个数、扫描式辐射源的位置坐标搜索范围、扫描角速度搜索的总个数、扫描角速度搜索范围、无人机平台的位置坐标、测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔数据写入主机内存；
步骤2：由无人机平台的位置坐标确定相关向量与系数矩阵；
步骤3：在扫描式辐射源的位置坐标搜索范围内和扫描角速度搜索范围内，确定扫描式辐射源的各个位置坐标、各个扫描角速度对应的拟合误差；
步骤4：确定拟合误差的最小值，这个最小值对应的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度即为扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度。
2.根据权利要求1所述的采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法，其特征在于，所述步骤1的具体执行过程如下：
初始化设置，将位于地面的扫描式辐射源的位置坐标搜索的总个数N，扫描式辐射源的位置坐标搜索范围(an,bn)，n＝1,...,N，扫描角速度为ηk，扫描角速度搜索的总个数K，扫描角速度搜索范围uk，k＝1,...,K，无人机平台测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔的总个数M，无人机平台的位置坐标(xm,ym,zm)，测量的扫描式辐射源的脉冲信号到达时间间隔τm，m＝0,1,...,M，τ0固定为0秒，写入主机内存。
3.根据权利要求2所述的采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法，其特征在于，所述步骤2的具体执行过程如下：
由无人机平台的位置坐标确定相关向量与系数矩阵，为：
Figure FDA0001788026150000011
系数矩阵，为：
Figure FDA0001788026150000021
4.根据权利要求3所述的采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法，其特征在于，所述步骤3的具体执行过程如下：
在扫描式辐射源的位置坐标搜索范围内和扫描角速度搜索范围内，确定扫描式辐射源的各个位置坐标、各个扫描角速度对应的拟合误差，为：
ε(an,bn,ηk)＝q-Qp1(an,bn)-p2(an,bn,ηk)
其中，n＝1,...,N，k＝1,...,K，
Figure FDA0001788026150000022
Figure FDA0001788026150000023
5.根据权利要求4所述的采用无人机平台对扫描式辐射源进行单站被动定位的方法，其特征在于，所述步骤4的具体执行过程如下：
确定拟合误差的最小值，这个最小值对应的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度即为确定的扫描式辐射源的位置坐标和扫描角速度，为：
Figure FDA0001788026150000024
其中，
Figure FDA0001788026150000025
其中，T表示转置。
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