无源测向与时差定位技术研究

• 作 者: 张宛怡
• 发表日期: 2013年01期
• 关键词: 无源测向定位 时差定位 观测站位置校正 定位算法 扩展卡尔曼滤波

无源定位技术由于其被动的工作方式和较强的隐蔽性越来越受到关注。近年来，无源测向与时差定位技术以其特有的优势引起了学者的普遍重视与深入研究。新兴的观测平台加之各种各样复杂的定位场景，使得其面临新的挑战。如何有效的提高定位精度更是探测定位技术中的急需解决的问题。本文主要讨论无源测向和时差定位技术。通过合理的改善观测站布局，校正观测站位置以减小站址误差，选取合适的定位解算方法与跟踪方法提高定位精度，得到较为精确的目标定位跟踪结果。本文的具体工作分为以下几个方面：首先，介绍无源单站测向、多站测向和多站时差定位基本原理、克拉美劳下界和GDOP的概念；通过改变不同的参数讨论多种因素对定位精度的影响；从理论上推导了联合定位体制的定位误差，并与单一定位体制对比，讨论联合定位能否提高定位精度。其次，对单站和多站测向定位进行详细的讨论。分析测向定位的站址误差，从CRB角度推导观测站位置的不确定性会增加目标定位误差。针对这一问题，本文给出了一种利用校正源和角度测量量校正观测站位置的方法；由于传统的目标位置估计方法是无偏的，但无偏估计并不是误差最小化的必要条件，本文提出一种基于测向定位的有偏估计算法，并仿真验证了所提出方法的可行性和有效性；详细介绍了扩展卡尔曼滤波（EKF）的基本原理及其改进算法，并将其应用于单站和多站测向定位中，比较几种滤波方法在不同参数下的性能。最后，详细讨论了多站时差定位。多站时差定位中对观测站位置的校正通常以损失观测站为代价，本文提出了一种使用两两观测站相互测距校正观测站站址误差的自定位方法；建立时差求解模型，详细证明主站与辅助站数目的变化对观测信息量的影响；介绍并仿真验证典型的位置估计算法Chan在三维定位中的应用；随后，通过仿真讨论EKF及其改进算法在多站时差定位中的应用。