專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多點(diǎn)相關(guān)定位和多點(diǎn)無(wú)源定位領(lǐng)域，特別是在多點(diǎn)無(wú)源定位系統(tǒng)與雷 達(dá)系統(tǒng)的組網(wǎng)應(yīng)用方面，提供了一種可行的、實(shí)時(shí)的和高精度的定位實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在多點(diǎn)相關(guān)定位和多點(diǎn)無(wú)源定位中，通常使用雙曲線交叉定位算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定 位。雙曲線交叉定位的基本原理是目標(biāo)的發(fā)射或反射的電磁波經(jīng)不同的路徑到達(dá)各個(gè)接 收站的時(shí)間差不為零，根據(jù)雙曲線(面)上任意一點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離差為一常數(shù)，所以只 要測(cè)得同一電磁波到達(dá)各個(gè)接收站之間的時(shí)間差就可以確定一組雙曲線(對(duì)于空間定位 是確定一組雙曲面)。該雙曲線(面)以路程差(時(shí)間差乘以電磁波的傳播速度求得)為 兩支雙曲線(面)的頂點(diǎn)之距、以?xún)蓚€(gè)接收站為雙曲線(面)焦點(diǎn)，而目標(biāo)就位于這組雙曲 線(面)的交點(diǎn)上。
多點(diǎn)無(wú)源定位的定位精度與到達(dá)時(shí)差的測(cè)量精度、定位算法、站點(diǎn)的部署樣式以 及目標(biāo)相對(duì)站點(diǎn)的距離有關(guān)。在到達(dá)時(shí)差的測(cè)量精度一定的情況下，可以使用幾何精度稀 釋因子(GDOP)來(lái)描述其他因素對(duì)定位精度的影響程度。因此，在定位系統(tǒng)的部署確定之 后，GDOP只與定位算法有關(guān)。對(duì)于雙曲線交叉定位算法，直觀上來(lái)看，由于雙曲線在遠(yuǎn)端會(huì) 趨于漸近線，所以極小的到達(dá)時(shí)差的誤差都會(huì)造成遠(yuǎn)端的定位精度極大的誤差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是在多點(diǎn)相關(guān)定位和多點(diǎn)無(wú)源定位中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、高精 度的多點(diǎn)相關(guān)或多點(diǎn)無(wú)源定位。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度的方法，方法依托的設(shè)備 包括一個(gè)中心接收站、至少三個(gè)接收輔站、一臺(tái)雷達(dá)或者詢(xún)問(wèn)機(jī)；方法步驟如下
(I)由位置確定的詢(xún)問(wèn)機(jī)或者雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射詢(xún)問(wèn)信號(hào)或者電磁波，目標(biāo)在接收 到詢(xún)問(wèn)信號(hào)之后發(fā)射相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)或者是目標(biāo)反射電磁波；中心接收站及各接收輔站接 收來(lái)自目標(biāo)的應(yīng)答信號(hào)或者反射的電磁波，同時(shí)接收來(lái)自詢(xún)問(wèn)機(jī)或者雷達(dá)的同步信息；
(2)中心接收站及各接收輔站對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，各接收輔站將 處理后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至中心接收站；
(3)中心接收站將各路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖匹配，并以同步信號(hào)為時(shí)間基準(zhǔn)，測(cè)得詢(xún) 問(wèn)機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)或者雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)目標(biāo)到達(dá)中心接收站及各個(gè)接收輔站的傳 輸延時(shí)，測(cè)得目標(biāo)發(fā)射應(yīng)答信號(hào)或者反射的電磁波到達(dá)中心接收站及各個(gè)接收輔站的時(shí)間 差;
(4)利用詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)或者雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)目標(biāo)到達(dá)中心接收站及 各個(gè)接收輔站的傳輸延時(shí)，確定一個(gè)橢球或橢圓方程組；利用目標(biāo)發(fā)射應(yīng)答信號(hào)或者反射 的電磁波到達(dá)中心接收站及各個(gè)接收輔站的時(shí)間差確定一個(gè)雙曲面或雙曲線方程組；聯(lián)合 求解上述雙曲面或雙曲線和橢球或橢圓方程組，即得到目標(biāo)的空間位置或平面位置坐標(biāo)。
所述的中心接收站和各接收輔站部署可以在固定平臺(tái)，也可以部署在移動(dòng)平臺(tái) 上。
所述的接收輔站與中心接收站之間采用短基線部署，基線長(zhǎng)度小于10公里。
所述的基線長(zhǎng)度典型值為O.1km 2km。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)本方法中提出了一種新的定位方法來(lái)提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度，即橢圓和雙曲 線交叉定位方法，其原理雷達(dá)或詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)射電磁波，照射到目標(biāo)之后，目標(biāo)反射電磁波或 者發(fā)射應(yīng)答電磁波；各個(gè)接收站不僅接收目標(biāo)回波還同時(shí)接收雷達(dá)或詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)射的同步信 號(hào)，然后對(duì)回波進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)發(fā)至中心接收站；中心接收站測(cè)得回波 的到達(dá)時(shí)間相對(duì)于雷達(dá)或詢(xún)問(wèn)機(jī)的同步信號(hào)的延時(shí)，確定一組以雷達(dá)(或詢(xún)問(wèn)機(jī))和接收 站為焦點(diǎn)、以電磁波的傳播距離(傳播延時(shí)乘以電磁波的傳播速度求得)的一半為長(zhǎng)軸的 橢圓(對(duì)于空間定位是確定一組橢球)。從直觀上解釋?zhuān)捎跈E圓是一閉合曲線，在焦距不 變的情況下，隨著長(zhǎng)軸的增加，橢圓逐漸趨于圓，因此采用橢圓和雙曲線交叉定位算法可以 改善GD0P,從而提聞系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的定位精度，(能夠使目標(biāo)的定位精度提聞一個(gè)數(shù)量級(jí)之 多)。
(2)接收站點(diǎn)的基線較短、部署方便快捷，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。該方法中部署站點(diǎn) 的基線長(zhǎng)度(數(shù)公里之內(nèi)，典型值為O.1km 2km)較一般的雙曲線交叉定位系統(tǒng)的基線長(zhǎng) 度(IOkm 50km，甚至達(dá)到100km)小一個(gè)數(shù)量級(jí)，使得可以非常方便快捷地展開(kāi)部署。對(duì) 于山區(qū)、海島等復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，由于短基線系統(tǒng)占用面積小，站點(diǎn)選址相對(duì)容易，對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng) 環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)。
(3)系統(tǒng)的作用距離遠(yuǎn)、視野大。由于短基線系統(tǒng)站點(diǎn)部署集中，使得所有站點(diǎn)都 能夠“看到”同一目標(biāo)(在長(zhǎng)基線系統(tǒng)中，由于站點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，有些低空近距離目標(biāo)不能被 所有站點(diǎn)同時(shí)“看到”，使得系統(tǒng)的定位性能大打折扣)，所以系統(tǒng)的視野較大；由于遠(yuǎn)距離 的定位精度相對(duì)較高，在滿(mǎn)足定位精度的情況下，系統(tǒng)的作用距離較遠(yuǎn)。


圖1為本發(fā)明流程圖2多點(diǎn)時(shí)差定位系統(tǒng)的站點(diǎn)部署樣式；
圖3為雙曲線交叉定位的⑶OP分布；
圖4為橢圓和雙曲線交叉定位的⑶OP分布。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，如圖1所示，具體如下
1、如圖2所示部署系統(tǒng)設(shè)備(以地面部署為例)。將接收輔站L120、接收輔站 R130、接收輔站H140三個(gè)接收輔站圍繞中心接收站CllO按照一定的方式部署(星型、T型 等)，將中心站部署在雷達(dá)(或詢(xún)問(wèn)機(jī))100附近，基線長(zhǎng)度210控制在數(shù)公里以?xún)?nèi)。根據(jù)實(shí) 際情況選擇站點(diǎn)之間的連接方式，如光纖或無(wú)線。上述各個(gè)接收站(中心接收站和接收輔 站)不僅可以利用目標(biāo)的輻射信號(hào)也可以利用其反射信號(hào)對(duì)目標(biāo)定位；各個(gè)接收站采用短 基線(基線長(zhǎng)度在數(shù)公里以?xún)?nèi)，典型值為O.1km 2km)部署；各個(gè)接收站可以部署在地面、島礁等固定平臺(tái)，以及艦艇、飛機(jī)和衛(wèi)星等移動(dòng)平臺(tái)上；各個(gè)接收站通過(guò)有線或無(wú)線的方式接收雷達(dá)(或詢(xún)問(wèn)機(jī))的同步信息。
2、雷達(dá)(或詢(xún)問(wèn)機(jī))發(fā)射電磁波的同時(shí)，也將同步信號(hào)送至中心接收站。各個(gè)接收站接收目標(biāo)輻射或反射的電磁波，進(jìn)行預(yù)處理(數(shù)字下變頻)之后送至中心接收站進(jìn)行到達(dá)時(shí)間測(cè)量、脈沖匹配和時(shí)差測(cè)量中心站接收來(lái)自雷達(dá)(或詢(xún)問(wèn)機(jī))的同步信號(hào)Stl、目標(biāo)輻射或反射的脈沖信號(hào)S1以及各輔站送來(lái)的數(shù)字脈沖信號(hào)Si (i = 2,3,4);首先利用“波形分段分析”的脈沖參數(shù)測(cè)量技術(shù)測(cè)得Stl到達(dá)中心站的時(shí)間t1(l、S1到達(dá)中心站的時(shí)間tn 以及SiQ = 2，3，4)到達(dá)中心站的時(shí)間tn(i = 2，3，4);然后利用“參數(shù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)直方圖方法”進(jìn)行脈沖匹配處理以分辨不同目標(biāo)的脈沖信號(hào)；最后，根據(jù)脈沖匹配結(jié)果，將tn(i = 2,3,4)與同一脈沖信號(hào)到達(dá)中心站的時(shí)間tn相減之后再扣除電磁波從輔站到中心站的傳輸時(shí)延(由系統(tǒng)自校準(zhǔn)獲得該時(shí)延)，測(cè)得同一脈沖信號(hào)到達(dá)各輔站和中心站的時(shí)間差為 AtliQ = 2,3,4);同樣，將tn^tn (i = 2,3,4)與t1(l相減測(cè)得各脈沖信號(hào)相對(duì)于同步信號(hào)的傳輸時(shí)延Σ t0i(i = 1,2,3,4)。
3、根據(jù)測(cè)得的到達(dá)時(shí)間差A(yù)tliQ = 2,3,4)和傳輸延時(shí)Σ t0i (i = I, 2, 3,4),得到以下多曲面簇方程
權(quán)利要求
1.一種提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度的方法，其特征在于方法依托的設(shè)備包括一個(gè)中心接收站、至少三個(gè)接收輔站、一臺(tái)雷達(dá)或者詢(xún)問(wèn)機(jī)；方法步驟如下 (1)由位置確定的詢(xún)問(wèn)機(jī)或者雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射詢(xún)問(wèn)信號(hào)或者電磁波，目標(biāo)在接收到詢(xún)問(wèn)信號(hào)之后發(fā)射相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)或者是目標(biāo)反射電磁波；中心接收站及各接收輔站接收來(lái)自目標(biāo)的應(yīng)答信號(hào)或者反射的電磁波，同時(shí)接收來(lái)自詢(xún)問(wèn)機(jī)或者雷達(dá)的同步信息； (2)中心接收站及各接收輔站對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，各接收輔站將處理后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至中心接收站； (3)中心接收站將各路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖匹配，并以同步信號(hào)為時(shí)間基準(zhǔn)，測(cè)得詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)或者雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)目標(biāo)到達(dá)中心接收站及各個(gè)接收輔站的傳輸延時(shí)，測(cè)得目標(biāo)發(fā)射應(yīng)答信號(hào)或者反射的電磁波到達(dá)中心接收站及各個(gè)接收輔站的時(shí)間差； (4)利用詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)或者雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)目標(biāo)到達(dá)中心接收站及各個(gè)接收輔站的傳輸延時(shí)，確定一個(gè)橢球或橢圓方程組；利用目標(biāo)發(fā)射應(yīng)答信號(hào)或者反射的電磁波到達(dá)中心接收站及各個(gè)接收輔站的時(shí)間差確定一個(gè)雙曲面或雙曲線方程組；聯(lián)合求解上述雙曲面或雙曲線和橢球或橢圓方程組，即得到目標(biāo)的空間位置或平面位置坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度的方法，其特征在于所述的中心接收站和各接收輔站部署可以在固定平臺(tái)，也可以部署在移動(dòng)平臺(tái)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度的方法，其特征在于所述的接收輔站與中心接收站之間采用短基線部署，基線長(zhǎng)度小于10公里。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度的方法，其特征在于所述的基線長(zhǎng)度典型值為O.1km 2km。
全文摘要
一種提高多點(diǎn)時(shí)差定位精度的方法，方法依托的設(shè)備包括一個(gè)中心接收站、至少三個(gè)接收輔站、一臺(tái)雷達(dá)或者詢(xún)問(wèn)機(jī)；雷達(dá)或詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)射電磁波，照射到目標(biāo)之后，目標(biāo)反射電磁波或者發(fā)射應(yīng)答電磁波；各個(gè)接收站不僅接收目標(biāo)回波還同時(shí)接收雷達(dá)或詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)射的同步信號(hào)，然后對(duì)回波進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)發(fā)至中心接收站；中心接收站測(cè)得回波的到達(dá)時(shí)間相對(duì)于雷達(dá)或詢(xún)問(wèn)機(jī)的同步信號(hào)的延時(shí)，通過(guò)橢圓和雙曲線交叉定位算法確定目標(biāo)位置。在到達(dá)時(shí)差測(cè)量精度和站點(diǎn)的部署方式相同的情況下，本方法中使用的定位算法能夠使目標(biāo)的定位精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)之多。
文檔編號(hào)G01S5/16GK103064057SQ20121059367
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉平原, 汪玥, 姜盛峰, 肖軍鵬 申請(qǐng)人:北京遙測(cè)技術(shù)研究所, 航天長(zhǎng)征火箭技術(shù)有限公司