CN111538058A - 一种无源定位方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种无源定位方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN111538058A CN202010327671.4A CN202010327671A CN111538058A CN 111538058 A CN111538058 A CN 111538058A CN 202010327671 A CN202010327671 A CN 202010327671A CN 111538058 A CN111538058 A CN 111538058A
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Abstract

本发明提供一种无源定位方法、装置及存储介质，方法包括：从激光测距仪中，获得天线孔径长度d；对天线基线中心的阵列测量得到目标方向β；从天线基线两端和天线基线中心中获得待处理天线信号数据，并对待处理天线信号数据的变频放大得到变频天线信号数据；对变频天线信号数据的相位差计算得到视向夹角相位差φ；根据天线孔径长度d和目标方向β对视向夹角相位差φ的测距计算得到目标与中心天线距离r。本发明实现了在单个脉冲中对目标的无源定位，能够瞬时获取目标的坐标，适合地面对空中机载雷达目标的快速无源定位，且结构简单可靠，适应信号形式强，在目标侦察、目标定位等方面具有非常广阔的应用前景。

Description

一种无源定位方法、装置及存储介质
技术领域
本发明主要涉及电子侦察技术领域，具体涉及一种无源定位方法、装置 及存储介质。
背景技术
无源定位技术是一种利用目标发出的电磁波信号实现对目标定位的技 术，由于探测器本身不发射电磁波信号，具有很高的隐蔽性。无源定位*** 由于直接接收目标辐射的直达波，接收信号的大小与距离的二次方成反比， 且不受目标隐身的影响，因此其探测距离可以大于有源雷达。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无源定位 方法、装置及存储介质。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无源定位方法，包括如 下步骤：
从激光测距仪中获得天线孔径长度d；
对天线基线中心进行阵列测量，得到目标方向β；
从天线基线两端和所述天线基线中心中获得待处理天线信号数据，并对 所述待处理天线信号数据进行变频放大，得到变频天线信号数据；
对所述变频天线信号数据进行相位差计算，得到视向夹角相位差φ；
根据所述天线孔径长度d和所述目标方向β对所述视向夹角相位差φ进 行测距计算，得到目标与中心天线距离r；
对所述天线基线中心进行差分GPS测量，得到天线基线中心坐标；
根据所述目标方向β和所述目标与中心天线距离r对所述天线基线中心 坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，并根据所述目标距离坐标得到 目标位置。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种无源定位装置，包 括：
天线孔径获得模块，用于从激光测距仪中，获得天线孔径长度d；
阵列测量模块，用于对天线基线中心进行阵列测量，得到目标方向β；
天线信号数据处理模块，用于从天线基线两端和所述天线基线中心中获 得待处理天线信号数据，并对所述待处理天线信号数据进行变频放大，得到 变频天线信号数据；
相位差计算模块，用于对所述变频天线信号数据进行相位差计算，得到 视向夹角相位差φ；
测距计算模块，用于根据所述天线孔径长度d和所述目标方向β对所述 视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r；
中心坐标测量模块，用于对所述天线基线中心进行差分GPS测量，得到 天线基线中心坐标；
目标坐标计算模块，用于根据所述目标方向β和所述目标与中心天线距 离r对所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，并根 据所述目标距离坐标得到目标位置。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种无源定位装置，包 括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算 机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的无源定位方 法。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种计算机可读存储介 质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理 器执行时，实现如上所述的无源定位方法。
本发明的有益效果是：通过对待处理天线信号数据的变频放大得到变频 天线信号数据；并对变频天线信号数据的相位差计算得到视向夹角相位差， 视向夹角相位差能够估计夹角的变化，提高了数据的精准性且适应信号形式 强；根据天线孔径长度和目标方向对视向夹角相位差的测距计算得到目标与 中心天线距离；并对天线基线中心的差分GPS测量得到天线基线中心坐标； 根据目标方向和目标与中心天线距离对天线基线中心坐标的目标坐标计算 得到目标距离坐标，并根据目标距离坐标得到目标位置，实现了在单个脉冲中对目标的无源定位，能够瞬时获取目标的坐标，适合地面对空中机载雷达 目标的快速无源定位，且结构简单可靠，在目标侦察、目标定位等方面具有 非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的无源定位方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的天线与目标的关系图；
图3为本发明一实施例提供的无源定位装置的总体架构图；
图4为本发明一实施例提供的无源定位装置的模块框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明一实施例提供的无源定位方法的流程示意图。
如图1和图2所示，一种无源定位方法，包括如下步骤：
从激光测距仪中获得天线孔径长度d；
对天线基线中心进行阵列测量，得到目标方向β；
从天线基线两端和所述天线基线中心中获得待处理天线信号数据，并对 所述待处理天线信号数据进行变频放大，得到变频天线信号数据；
对所述变频天线信号数据进行相位差计算，得到视向夹角相位差φ；
根据所述天线孔径长度d和所述目标方向β对所述视向夹角相位差φ进 行测距计算，得到目标与中心天线距离r；
对所述天线基线中心进行差分GPS测量，得到天线基线中心坐标；
根据所述目标方向β和所述目标与中心天线距离r对所述天线基线中心 坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，并根据所述目标距离坐标得到 目标位置。
具体地，所述激光测距仪需要达到0.1米级别的测量精度。
应理解地，短基线定位体制通过测量地面天线的相位差来对辐射源进行 定位；一般情况下相位差测量误差折算到时差只有几个皮秒或几十个皮秒， 远小于长基线时差定位体制中几十纳秒的时差误差，因而能够在较短的基线 条件下实现对远距离目标的精确定位，相位差测量存在很多的模糊周期，如 果用长短基线组合来解模糊则需要非常多的天线。为了减少天线数目，由图 2所示：对特定阵型结构的长天线阵列，整个天线孔径长度为2d，其中定义 目标到天线两端的距离分别为r1与r2，距离天线中心的距离为r，目标到 天线两端的视向夹角为α隐含在相位差参数上，目标在天线中心的目标方位 角为β。
由于目标距离远大于天线孔径长度，因此视向夹角α非常小，其所对应 的相位差存在很少的模糊周期，根据三角关系可以获得第五式和第六式的关 系，所述第五式和第六式分别为：
r2+d2-2rdcos＝r1 2
Figure BDA0002463801800000051
上述实施例中，通过对待处理天线信号数据的变频放大得到变频天线信 号数据；并对变频天线信号数据的相位差计算得到视向夹角相位差，视向夹 角相位差能够估计夹角的变化，提高了数据的精准性且适应信号形式强；根 据天线孔径长度和目标方向对视向夹角相位差的测距计算得到目标与中心 天线距离；并对天线基线中心的差分GPS测量得到天线基线中心坐标；根据 目标方向和目标与中心天线距离对天线基线中心坐标的目标坐标计算得到 目标距离坐标，并根据目标距离坐标得到目标位置，实现了在单个脉冲中对目标的无源定位，能够瞬时获取目标的坐标，适合地面对空中机载雷达目标 的快速无源定位，且结构简单可靠，在目标侦察、目标定位等方面具有非常 广阔的应用前景。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述对所述变频天线信号数据进行 相位差计算，得到视向夹角相位差φ的过程包括：
从所述变频天线信号数据中获取天线基线一端变频天线信号s1、天线基 线另一端变频天线信号s2和天线基线中心信号s0；
通过第一式对所述天线基线一端变频天线信号s1、所述天线基线另一端 变频天线信号s2和所述天线基线中心信号s0进行相位差计算，得到视向夹角 相位差φ，所述第一式为：
Figure BDA0002463801800000052
上述实施例中，通过第一式对天线基线一端变频天线信号、天线基线另 一端变频天线信号和天线基线中心信号的相位差计算得到视向夹角相位差， 为之后计算过程提供了数据基础，为实现在单个脉冲中对目标的无源定位， 且能够瞬时获取目标的坐标奠定了技术基础。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述根据所述天线孔径长度d和所 述目标方向β对所述视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线 距离r的过程包括：
通过第二式对所述天线孔径长度d、所述目标方向β和所述视向夹角相 位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r，所述第二式为：
Figure BDA0002463801800000061
其中，λ为信号波长。
应理解地，对于百米量级之内的单站定位***及一般的应用情形，利用 所述第二式已能充分满足测距精度的要求，因此，以下的分析将以所述第二 式为基础。根据所述第二式，测距误差主要来源于包括测相误差δφ和测角 误差δβ，同时阵间距误差δd也会带来一定的测距偏差，误差传播公式表 示为所述第七式，所述第七式为：
Figure BDA0002463801800000062
阵间距误差δd是一个固定量，目前采用先进仪器测量该偏差可以控制 在毫米量级，可见，对于阵间距为几十米或上百米量级的LBI***，δd引 入的测距相对误差将小于万分之一，因此，δd的影响在实际应用中可以忽 略不计。实际上，δd的影响主要是在相位测量中引入***误差，随着目标 距离增大，相位误差带来的测距误差等高线迅速变密，而测角误差带来的测 距误差等高线的变化较小，***有效作用区域位于干涉仪法线两边大约60度的角度范围内。
上述实施例中，通过第二式对天线孔径长度、所目标方向和视向夹角相 位差的测距计算得到目标与中心天线距离，为得到目标距离坐标提供基础， 为实现在单个脉冲中对目标的无源定位，且能够瞬时获取目标的坐标提供了 数据支持。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述根据所述目标方向β和所述目 标与中心天线距离r对所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标 距离坐标，并根据所述目标距离坐标得到目标位置的过程包括：
通过第三式和第四式分别对所述目标方向β、所述目标与中心天线距离 r和所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，所述第 三式和所述第四式分别为：
xt＝x0+rsinβ
yt＝y0+rcosβ,
其中，(x0，y0)为天线基线中心坐标，(xt，yt)为目标距离坐标。
上述实施例中，通过第三式和第四式分别对目标方向、目标与中心天线 距离和天线基线中心坐标的目标坐标计算得到目标距离坐标，实现了在单个 脉冲中对目标的无源定位，能够瞬时获取目标的坐标，适合地面对空中机载 雷达目标的快速无源定位，且结构简单可靠，适应信号形式强。
可选地，作为本发明的另一个实施例，如图3所示，天线阵包括水平测 距干涉仪和阵列测向天线子阵；水平测距干涉仪由3个天线阵元按天线孔径 两个端点与中心放置，用于对辐射源进行被动测距。而利用高精度测向阵列， 可实现对辐射源方位角的测量；天线阵到接收机之间以微波光纤传输线传输 射频信号：天线接收到的信号首先经过滤波、放大和电-光调制，转变为光 信号后由光纤传输至信号处理机；在处理中心经过光-电解调，将光信号恢 复回射频信号，输入多通道接收机进行处理；信号处理机由射频接收机、高 速采集卡和数字信号处理卡组成；多通道射频接收机采用统一本振将射频信 号下变频到中频；多通道同步采集卡对中频进行模-数转换得到中频数字信 号，由数字信号处理卡进行信号检测、参数测量和定位解算；处理结果在终 端PC进行显示和存储。
图4为本发明一实施例提供的无源定位装置的模块框图。
可选地，作为本发明的另一个实施例，如图4所示，一种无源定位装置， 包括：
天线孔径获得模块，用于从激光测距仪中，获得天线孔径长度d；
阵列测量模块，用于对天线基线中心进行阵列测量，得到目标方向β；
天线信号数据处理模块，用于从天线基线两端和所述天线基线中心中获 得待处理天线信号数据，并对所述待处理天线信号数据进行变频放大，得到 变频天线信号数据；
相位差计算模块，用于对所述变频天线信号数据进行相位差计算，得到 视向夹角相位差φ；
测距计算模块，用于根据所述天线孔径长度d和所述目标方向β对所述 视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r；
中心坐标测量模块，用于对所述天线基线中心进行差分GPS测量，得到 天线基线中心坐标；
目标坐标计算模块，用于根据所述目标方向β和所述目标与中心天线距 离r对所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，并根 据所述目标距离坐标得到目标位置。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述相位差计算模块具体用于：
从所述变频天线信号数据中获取天线基线一端变频天线信号s1、天线基 线另一端变频天线信号s2和天线基线中心信号s0；
通过第一式对所述天线基线一端变频天线信号s1、所述天线基线另一端 变频天线信号s2和所述天线基线中心信号s0进行相位差计算，得到视向夹角 相位差φ，所述第一式为：
Figure BDA0002463801800000091
可选地，作为本发明的一个实施例，所述测距计算模块具体用于：
通过第二式对所述天线孔径长度d、所述目标方向β和所述视向夹角相 位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r，所述第二式为：
Figure BDA0002463801800000092
其中，λ为信号波长。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述目标坐标计算模块具体用于：
通过第三式和第四式分别对所述目标方向β、所述目标与中心天线距离 r和所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，所述第 三式和所述第四式分别为：
xt＝x0+rsinβ
yt＝y0+rcosβ,
其中，(x0，y0)为天线基线中心坐标，(xt，yt)为目标距离坐标。
可选地，本发明的另一个实施例提供一种无源定位装置，包括存储器、 处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当 所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的无源定位方法。该装置 可为计算机等装置。
可选地，本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计 算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时， 实现如上所述的无源定位方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述 描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程， 在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法， 可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的， 例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划 分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些 特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单 元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者 也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全 部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个 单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能 单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或 使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。用于这样的理解，本发 明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的 全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个 存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机， 服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光 盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各 种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
从激光测距仪中获得天线孔径长度d；
对天线基线中心进行阵列测量，得到目标方向β；
从天线基线两端和所述天线基线中心中获得待处理天线信号数据，并对所述待处理天线信号数据进行变频放大，得到变频天线信号数据；
对所述变频天线信号数据进行相位差计算，得到视向夹角相位差φ；
根据所述天线孔径长度d和所述目标方向β对所述视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r；
对所述天线基线中心进行差分GPS测量，得到天线基线中心坐标；
根据所述目标方向β和所述目标与中心天线距离r对所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，并根据所述目标距离坐标得到目标位置。
2.根据权利要求1所述的无源定位方法，其特征在于，所述对所述变频天线信号数据进行相位差计算，得到视向夹角相位差φ的过程包括：
从所述变频天线信号数据中获取天线基线一端变频天线信号s1、天线基线另一端变频天线信号s2和天线基线中心信号s0；
通过第一式对所述天线基线一端变频天线信号s1、所述天线基线另一端变频天线信号s2和所述天线基线中心信号s0进行相位差计算，得到视向夹角相位差φ，所述第一式为：
Figure FDA0002463801790000011
3.根据权利要求1所述的无源定位方法，其特征在于，所述根据所述天线孔径长度d和所述目标方向β对所述视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r的过程包括：
通过第二式对所述天线孔径长度d、所述目标方向β和所述视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r，所述第二式为：
Figure FDA0002463801790000021
其中，λ为信号波长。
4.根据权利要求1所述的无源定位方法，其特征在于，所述根据所述目标方向β和所述目标与中心天线距离r对所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，并根据所述目标距离坐标得到目标位置的过程包括：
通过第三式和第四式分别对所述目标方向β、所述目标与中心天线距离r和所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，所述第三式和所述第四式分别为：
xt＝x0+rsinβ
yt＝y0+rcosβ,
其中，(x0，y0)为天线基线中心坐标，(xt，yt)为目标距离坐标。
5.一种无源定位装置，其特征在于，包括：
天线孔径获得模块，用于从激光测距仪中，获得天线孔径长度d；
阵列测量模块，用于对天线基线中心进行阵列测量，得到目标方向β；
天线信号数据处理模块，用于从天线基线两端和所述天线基线中心中获得待处理天线信号数据，并对所述待处理天线信号数据进行变频放大，得到变频天线信号数据；
相位差计算模块，用于对所述变频天线信号数据进行相位差计算，得到视向夹角相位差φ；
测距计算模块，用于根据所述天线孔径长度d和所述目标方向β对所述视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r；
中心坐标测量模块，用于对所述天线基线中心进行差分GPS测量，得到天线基线中心坐标；
目标坐标计算模块，用于根据所述目标方向β和所述目标与中心天线距离r对所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，并根据所述目标距离坐标得到目标位置。
6.根据权利要求5所述的无源定位装置，其特征在于，所述相位差计算模块具体用于：
从所述变频天线信号数据中获取天线基线一端变频天线信号s1、天线基线另一端变频天线信号s2和天线基线中心信号s0；
通过第一式对所述天线基线一端变频天线信号s1、所述天线基线另一端变频天线信号s2和所述天线基线中心信号s0进行相位差计算，得到视向夹角相位差φ，所述第一式为：
Figure FDA0002463801790000031
7.根据权利要求5所述的无源定位装置，其特征在于，所述测距计算模块具体用于：
通过第二式对所述天线孔径长度d、所述目标方向β和所述视向夹角相位差φ进行测距计算，得到目标与中心天线距离r，所述第二式为：
Figure FDA0002463801790000032
其中，λ为信号波长。
8.根据权利要求5所述的无源定位装置，其特征在于，所述目标坐标计算模块具体用于：
通过第三式和第四式分别对所述目标方向β、所述目标与中心天线距离r和所述天线基线中心坐标进行目标坐标计算，得到目标距离坐标，所述第三式和所述第四式分别为：
xt＝x0+rsinβ
yt＝y0+rcosβ,
其中，(x0，y0)为天线基线中心坐标，(xt，yt)为目标距离坐标。
9.一种无源定位装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至4任一项所述的无源定位方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4任一项所述的无源定位方法。
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