分时时差定位技术对系统定位精度影响分析.pdf

:./.收稿日期:修回日期:分时时差定位技术对系统定位精度影响分析张玉喜佟玉亮张 夏姜 琳(.中国船舶集团有限公司第八研究院南京.部队吉林 珲春.部队浙江 舟山)摘 要:针对实际工程中分布式时差定位系统某个侦测站短时间内未收到目标信号无法完成连续定位跟踪任务的问题提出一种新型时差定位方法利用不同时刻的双站时间差配对完成定位任务同时在该方法下对不同位置和运动状态的目标开展定位精度仿真证明其定位精度满足实际工程需求关键词:时差定位分时定位错位匹配运动状态定位精度中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):().:引 言对于分布式(一主两辅)时差定位系统时差定位技术须要 个侦测站同时截获到目标信号、得到两个主辅时间差才能进行双曲线交汇时差定位而实际上机载相控阵雷达受发射功率限制其雷达波束较窄发射的信号指向性较强导致目标无法被 个侦测站同时截获无法满足系统时差定位的基本需求针对上述问题本文提出一种新型时差定位方法即当定位系统中只有两个侦测站截获到目标信号、得到一个时间差时通过将不同时刻的双站时间差进行时差匹配得到一个错位时间差组进行双曲线交汇定位形成目标的运动轨迹文中简称“分时定位”分时时差定位技术原理传统分布式时差定位系统由主基站(第 卷 第 期 年 月雷达与对抗 .)与两个辅基站()、()构成假设目标辐射源坐标()图 时差定位原理示意图由图 中的简单几何关系可知:()式中 、分别为对应基站之间的接收信号到达时间差、分别为目标辐射源到基站、的距离 为信号的传播速度将式()改写为()()()()()()()()()()()()()考虑远距离目标目标高度的影响可忽略不计转化为二维平面内则有 ()假设原点处于 段中点且 轴与 线重合将式()中的第 个方程继续转化为(/)(/)()对式()推导变形后得到(/)(/)(/)()由于式()是一个双曲线方程故式()可化为两个双曲线方程组成一个双曲线方程组求出其交点即为目标 点的位置上述理论为常规时差定位的 算法数学模型针对目标信号未被 个侦测站同时截获到而无法得到主辅时间差组()时考虑先将已有的单边时间差 存储下来在时间窗阈值范围内与后续接收的另一个单边时间差 进行时差配对形成新的时差组完成时差定位图 给出了分时定位时差匹配原理 假设 站存在部分信号未接收原本()为一组时间差组但由于 未收到拟通过将时间差 存储下来与时间差 进行配对错位匹配的时间间隔为利用()时间差组进行目标时差定位图 分时定位时差匹配原理示意图采取不同时刻的信号到达时间差值进行匹配必然会带来少量的定位位置偏差故有必要寻求一个合适的错位匹配时间窗阈值范围 本文研究在不同时间窗阈值下非同时刻双站时间差配对成的时差组对目标定位精度的影响并考察在该定位模型下目标与站点的距离方位关系以及目标自身的运动轨迹对系统定位精度的影响 技术可行性分析本技术主要针对机载辐射源目标目前航空器最大飞行速度一般为 /时差定位系统在秒级范围内进行不同时间段的时差配对 如图 所示点为目标的真实位置由于 站时间差滞后错位配对使得 站对应的时差曲线相应发生偏移与 站对应的双曲线相交后得到新的交点 故引入了目标定位误差值 考虑结合目标的最大运动速度该时差定位方法产生的定位偏差值约为几至十几公里可大致满足目标的定位精度需求图 双曲线交汇定位示意图张玉喜 等 分时时差定位技术对系统定位精度影响分析 仿真研究通过 软件开展仿真试验建立数学模型一主()两辅(、)站址分布模式站间基线长度为.基线夹角为 具体布站方式如图 所示目标的最大运动速度为 /仅考虑目标在系统侦测覆盖区域夹角内运动图 站址分布图.不同的错位匹配时间条件研究不同错位匹配时间下对系统定位误差的影响目标在距离主站约 附近沿 轴方向运动比对真实轨迹与定位轨迹当时差错位匹配时间为.、时目标定位轨迹与真实轨迹对比结果分别如图 所示其目标定位相对偏差分别为.、.、.、.和.可以看出:时差错位匹配时间越长系统的定位误差就越大这与理论分析一致图 系统定位效果图(时差错位匹配时间.)图 系统定位效果图(时差错位匹配时间 )图 系统定位效果图(时差错位匹配时间 )由于在该场景下系统无法进行常规分布式时差定位通过采用该分时定位技术完成对目标的补充定位保证系统对目标整个跟踪轨迹的完整性 根据仿真结果当系统的时差错位匹配时间最大值约为 时系雷达与对抗 年 第 期图 系统定位效果图(时差错位匹配时间 )图 系统定位效果图(时差错位匹配时间 )统的定位精度误差小于 以牺牲部分定位精度为代价达到了对目标连续稳定跟踪的目的.目标不同的运动状态本节的仿真分析参数均假设时差匹配错位时间为 主要从目标与侦测站的位置距离、方位两个方面分析目标不同运动状态下对系统定位精度的影响.目标距离不同目标沿 轴方向直线运动研究目标与主站不同距离下的定位误差关系仿真结果如图 所示进而得到各个距离下目标定位的相对误差如表 所示图 目标沿 轴方向直线运动时系统定位误差与目标距离的关系表 目标沿 轴方向直线运动时不同距离下的定位误差目标距离主站纵向坐标位置/相对圆概率误差/.目标距主站距离越远系统定位误差就越大且定位误差变化为非线性变化目标距离越远误差变化率越小最终定位误差将收敛于一个固定值.目标处于不同方位()目标沿 轴方向直线运动研究目标处于主站不同方位时目标定位误差关系仿真结果如图 所示进而得到对应目标定位的相对误差结果如表 所示图 目标沿 轴方向直线运动时系统定位误差与目标位置的关系张玉喜 等 分时时差定位技术对系统定位精度影响分析表 目标沿 轴方向直线运动时不同方位下的定位误差目标距离主站的横向坐标位置/相对圆概率误差/.()目标保持与主站固定距离做圆周运动目标处于系统探测区域内目标定位与其所处方位之间的误差关系如图 所示 目标离系统探测区域中轴线越近系统定位误差越小定位效果越好()系统定位误差()误差局部放大图图 目标保持与主站固定距离运动时系统定位误差与目标方位的关系由本节两个仿真结果可知无论目标沿一个方向直线运动或者做曲线圆周运动目标距系统探测区域中轴线越远系统定位误差就越大当目标沿探测区域中轴线方向附近做直线运动时系统对目标的定位误差几乎可以忽略不计.目标其他运动方式()目标沿斜向方向作直线运动得到目标的定位结果如图 所示目标整体运动轨迹与侦测区域中轴线较远的定位精度小于靠近中轴线的运动轨迹因此目标所处方位对该系统定位精度的影响权重大于目标与主站的距离所带来的精度影响 目标定位的误差结果如表 所示图 目标沿斜向运动时系统定位误差效果图表 目标沿斜向做直线运动时定位误差目标距离主站的纵向坐标位置/相对圆概率误差/.()目标在探测区域内做圆周运动以()为圆心运动半径为 目标进行一次完整的圆周运动轨迹时得到目标定位结果与真实轨迹对比如图 所示 该系统模型给出的整体定位结果误差约为.可满足设备实际运用的指标需求同时验证了.节中目标距离越远定位误差越大的结论图 目标圆周运动时系统定位精度效果图.仿真小结本章通过在不同错位匹配时间条件下对目标轨迹进行定位跟踪得出对应的系统定位精度关系根据工程经验选择了合适的错位匹配时间作为匹配时间阈值 同时在该阈值下对不同运动状态的目标进行仿真分析模拟了目标与主站在不同位置距离、方位等情况下系统的定位精度效果结果表明目标距离侦测站越远方位越偏离侦测中心区域系统的定位误差就越雷达与对抗 年 第 期大这也与常规的 算法时差定位模型结论一致进一步验证了该时差定位技术的可行性 结束语本文提出一种新型时差定位方法通过在不同错位匹配时间条件下对系统的定位误差进行分析得出合适的错位匹配时间阈值上限在此参数基础上通过对目标处于不同距离、方位等情况进行误差仿真分析研究了系统对于各种状态下目标的定位精度效果 针对实际工程技术指标按照其侦测目标位置和定位精度需求选择合适的错位匹配时间阈值进行分时定位以便满足系统定位和连续跟踪的任务需求参 考 文 献 朱玲.多基站无源定位系统关键技术研究.西安:西安电子科技大学.国强.复杂环境下未知雷达辐射源信号分选的理论研究.哈尔滨:哈尔滨工程大学.陈莹莹.无源时差定位与跟踪技术研究.西安:西安电子科技大学.():.章坚武唐兵秦峰.定位算法在三维空间定位中的应用.计算机仿真():.张志良孙棣华张星霞.定位中到达时间及时间差误差的统计模型.重庆大学学报(自然科学版)():.王斌.时差定位系统高精度时间测量技术研究.南京:南京信息工程大学.黄建冲孙亚伟徐英等.基于时间序列相似性原理的雷达信号快速识别.电子信息对抗技术():.作者简介:张玉喜 男 年生高级工程师硕士研究方向:雷达系统技术佟玉亮 男 年生工程师研究方向:雷达系统技术张 夏 男 年生装备技师研究方向:信息装备姜 琳 女 年生助理工程师研究方向:信息装备(上接第 页).():.():.():.王鑫海王超宇张宁等.一种相位域低积分旁瓣雷达波形优化方法.雷达学报():.():.:.():.作者简介:张 勇 男 年生工程师硕士研究方向:通信系统设计宋青青 女 年生高级工程师研究方向:雷达信号处理张玉喜 等 分时时差定位技术对系统定位精度影响分析