基于外辐射源信号的时差定位系统定位精度分析

利用调频广播、电视等外辐射源信号对目标进行无源定位和跟踪是空中目标监视与探测领域的一个重要发展方向,而确定有效的定位方法是系统实现的一个关键技术难题。叙述了基于外辐射源信号目标探测系统利用时差和方向信息实现对目标单点定位的基本原理,详细分析了对于地面固定接收站和空中运动观测平台两种场景下的目标定位精度。并计算分析了对于基于调频广播信号和基于电视信号两种目标探测系统测时差精度和位置精度对目标定位精度的影响。研究结果对定位系统的设计和工程实现具有重要的参考价值。     

一种基于双站协同的时差频差定位方法

在无源定位系统探测地球地面或海面目标时，考虑到目标在地球椭球面上，不能忽视地球曲率带来的影响。采用地球椭球模型，基于双空中观测站协同的时差频差无源定位方法，首先建立大地直角坐标系，然后利用双站接收目标的到达时差和到达频差信息，运用构建矩阵的方法解算一元四次方程，得出目标的大地直角位置坐标，并研究了双站的几何精度因子。相比四站时差定位算法，所提算法有更高的应用价值，为对远距离地面或海面目标无源探测提供了一种新的技术思路。     

利用互模糊函数联合估计的双星高精度定位技术

针对高精度双星定位系统对参数测量精度的需求,围绕解决高精度时差/频差测量的技术问题,建立了利用双星对地面辐射源定位模型,通过定位精度分析,给出了高精度定位对时差/频差测量精度的要求。通过分析高精度时差/频差测量的各种方法和技术途径,提出了一种利用互模糊函数进行时差/频差联合估计的方法。仿真实验结果表明该方法可以适应各种脉冲信号类型,测量精度较高。     

分布式星载合成孔径雷达顺轨干涉动目标检测

主要研究分布式小卫星载合成孔径雷达顺轨干涉(SAR-ATI)动目标检测算法,通过建立卫星轨道、编队、地面静止及运动点目标模型,分析星载SAR-ATI动目标检测的流程图,仿真地面目标回波信号并成像。实验证明了在目标径向速度相对雷达平台航向速度不是很大、目标聚焦良好的情况下,ATI动目标检测方法的有效性。     

同步卫星无源测轨中的时差定位与精度分析

多站时差定位是最重要的无源定位方法之一。研究了基于四站时差测量的地球同步卫星无源定位和定轨方法。介绍了四站时差定位的基本原理,给出了四站时差定位算法和详细算法流程,推导了四站时差定位精度的误差传播方程。重点分析了测量精度、布站方式、基线长度、站址误差对同步卫星定位精度的影响。通过Monte-Carlo仿真,验证了四站时差定位算法与误差分析结果的一致性。仿真结果表明：测量误差、布站方式、基线长度和站址误差均是定位误差的关键影响因素;布站方式以倒Y型布站效果最佳,菱形或矩形布站方式存在奇异区;为达到km量级定位精度,则基线长度应大于1000 km;采用四站时差测轨时,站址坐标精度水平应优于1 m。     

多雷达联网目标检测能力研究

本文是研究由分布在各处的单部雷达所得信息综合（多雷达联网）工作模式时的目标信号检测的性能。多雷达联网是一个系统。此系统有一组分布在各处的，相互独立的单部雷达和一个能综合多部雷达信息的中心处理器。本文将分布式检测器的概念和雷达联网的性能结合在一起，从而可以得出在不同雷达布站和不同目标起伏条件下信号检测性能。此性能可以对雷达布站方法和比较单、多站雷达性能研究都带来益处。由于目标所在位置相对于每一站的斜距都不相同，因此每一站的所得信噪比也不尽相同，本文将给出综合后的系统发现概率（Ｐｄｏ）和虚警概率（Ｐｆａｏ）的计算和仿真结果。     

多站时差定位性能试验评估技术

本文给出时差定位系统相关法时差测量误差模型,并以此为基础,建立了多站(大于3)时差定位性能试验评估方法.首先,给出了多站时差定位误差模型.其次,引入了信噪比对时差测量影响因素,提出了时差定位系统的相关法综合时间测量误差参数化模型.第三,给出了基于最小二乘法的综合时间测量误差参数估计方法,估计出综合系统参数和时间测量误差常数项.第四,给出了多站时差定位误差等效推算方法,该方法能够根据单条试验航线的时差定位数据,推算综合时间测量误差参数,进而获取任意位置的定位误差.最后进行了仿真验证,表明本文提出的时差定位性能试验评估方法优于传统固定时差测量误差模型定位性能试验评估方法.     

动基站时差探测系统定位与滤波技术研究

针对传统长基线时差探测系统的缺点,本文提出了全新的动基站时差测量系统,并给出了目标的定位原理。针对此探测系统的特点,提出了一种高度简化的加权最小二乘算法,该算法利用子集选优法分析结果,并忽略各子集位置误差的相关性,从而有效地减小了运算量,同时保证了较高的目标位置测量精度。通过伪线性卡尔曼滤波法和广义卡尔曼滤波法进一步减小了目标位置的探测随机误差,统计仿真结果证明了这一数据处理流程的有效性。     

基于TOA和TDOA的三维无源目标定位方法

提出了一种基于到达时间(time of arrival, TOA)和到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的空中运动平台对目标高精度三维定位的无源定位方法。该方法使用3个辅站信号到空中运动平台的TOA以及辅站位置确定空中运动平台自身的位置,然后依据目标散射回波到达各个辅站与空中运动平台的TDOA确定目标的位置。分析了三维TDOA目标定位模糊产生的原因,提出了一种无模糊的高精度TDOA目标位置求解算法。仿真结果表明,该算法比经典的TDOA定位算法精度高,而且不存在定位模糊,从而验证了该空中运动平台对目标进行无源定位方法的有效性以及正确性。     

测时差被动定位算法的研究

针对测时差非线性定位算法定位模糊、计算量大等问题,提出了一种线性测时差的求解算法.其实质是把非线性定位算法中的非线性项看作一个未知变量,通过增加一个时间差测量值,把实位的非线性方程变为线性方程求解.并具体就基本的测时差定位法和具有冗余数据的测时差定位法两种情况,给出线性测时差定位公式,并进行了精度分析.     

基于时间差的无线传感器网络节点定位方法

在分析RSSI、ToA、TDoA和AoA测距方法优缺点的基础上,给出一种基于时间差的节点定位方法.该方法无需锚节点与锚节点之间,以及锚节点与目标节点之间的时间同步,根据三个锚节点的定位信号到达目标节点的时间差,即可完成对目标节点的定位.以三个锚节点呈等边直角三角形布置为例,对定位误差进行计算并得出了提高目标节点时钟精度和增加锚节点之间的距离可减小定位误差的结论.最后,利用无线传感器网络测试床进行算法有效性验证,结果表明了所提定位算法的有效性.     

地面多个运动目标成像及定位问题的研究

针对合成孔径雷达正侧视工作体制下多个独立运动目标成像以及定位问题进行了研究。对经提出的运用距离历程拟合方法估计单个目标运动参数的算法进行了修正,准确地估计了t=0时刻各个目标的坐标和两维速度。基于估计的运动参数,设计各个目标独立的匹配滤波器,同时对运动参数不同的多个独立目标进行成像,解决了以往多个独立运动目标成像中的一个目标清晰成像,其它目标则会模糊的问题。着重分析了目标运动参数估计的精度以及影响估计精度的因素。     

运动多站无源时差/频差联合定位方法

鉴于无源定位技术已经成为现代信息化作战的核心技术,提出了一种新的运动多站无源时差(time difference of arrival, TDOA)频差(frequency difference of arrival, FDOA)联合定位方法去解决无源定位系统中的非线性最优化问题。通过智能算法的启发,将优化后的基于线性递减权重和物竞天择的粒子群算法(particle swarm optimization algorithm based on linear decreasing weight and natural selection, WSPSO)与经典加权最小二乘算法(weighted least squares, WLS)相联合对目标进行跟踪定位。加权最小二乘定位算法在4个基站的情况下无法实现对辐射源的定位,所得定位结果会出现多解。而所提的运动多站联合定位算法在4个基站的条件下不存在初始目标位置估计和局部收敛等问题就能够实现辐射源的精确定位。通过大量仿真结果分析,本文所提的智能优化定位算法具有更高的目标定位精度和更稳健的定位性能,优于标准粒子群算法与优化PSO算法。     

发射站/接收站位置误差下无源雷达DOA-TDOA目标定位算法

无源雷达中发射站和接收站位置误差的存在将显著降低目标定位精度。针对这一问题,将发射站和接收站位置误差考虑到基于波达方向和到达时差的无源雷达目标定位模型中,提出了一种目标位置代数解算法。首先,将波达方向和到达时差的测量方程线性化,考虑方程中的各项误差,采用加权最小二乘估计求解,并通过对加权矩阵的迭代更新,得到目标位置最优估计。推导了存在发射站和接收站位置误差条件下目标定位的克拉美罗下界,并从理论上证明了算法的定位精度可以达到克拉美罗下界。仿真结果表明,算法的定位精度优于现有算法,在发射站和接收站位置误差条件下定位精度仍能达到克拉美罗下界。     

空基双探测端分布式定位系统的航迹控制

针对空中运动目标参数的实时解算和定位精度问题,基于运动多站无源定位技术,设计了空基分布式定位系统,利用测向交叉定位原理建立了双机协同被动定位模型。模型中完成信息保障任务战斗机的存在使得目标定位误差迅速最小化。通过动态规划法进行双机航迹控制算法设计。使用带有线性策略的共轭梯度法解算信息保障机的最优航迹。仿真表明,该控制算法可以得到信息保障机的最优航迹,双探测端分布式定位系统通过航迹优化,实现了对目标的快速高精度定位。     

发射站/接收站位置误差下无源雷达DOA-TDOA目标定位算法

无源雷达中发射站和接收站位置误差的存在将显著降低目标定位精度。针对这一问题,将发射站和接收站位置误差考虑到基于波达方向和到达时差的无源雷达目标定位模型中,提出了一种目标位置代数解算法。首先,将波达方向和到达时差的测量方程线性化,考虑方程中的各项误差,采用加权最小二乘估计求解,并通过对加权矩阵的迭代更新,得到目标位置最优估计。推导了存在发射站和接收站位置误差条件下目标定位的克拉美罗下界,并从理论上证明了算法的定位精度可以达到克拉美罗下界。仿真结果表明,算法的定位精度优于现有算法,在发射站和接收站位置误差条件下定位精度仍能达到克拉美罗下界。     

基于相位差变化率测量的单站定位方法

利用观测平台相对目标辐射源的运动信息,在测角基础上增加相位差变化率信息可实现对目标被动定位,但该定位方法通过相位差法测角,需要增加设备以解相位模糊.针对上述不足,提出一种三角基线只测相位差变化率的定位方法,该方法通过测量两组相位差变化率解得方位角,避免了解模糊运算.给出了测角误差、定位误差表述式,通过仿真分析了相位差变化率对测角精度、定位精度的影响.     

一种单通道条带SAR动目标检测方法

针对单通道条带SAR动目标检测的问题,利用条带模式SAR和聚束模式SAR的等效关系,把条带数据转换成聚束数据。再按照时间先后分成两组,利用系统参数得到同一地域存在时间先后的两幅图像,对于固定目标,在每幅图像上的成像情况是相同的,而运动目标的像素位置发生了变化。根据此特性,提出了利用前后两幅图像间的差别来检测动目标的方法,并给出了原理推导和具体的检测过程,仿真结果证明了方法的有效性。     

多星TDOA和FDOA联合定位精度分析

推导了多星时差频差联合定位体制的定位误差下界(Cramér Rao lower bound, CRLB),并给出CRLB能达到的最小值及其充要条件,该充要条件可用于设计卫星构型。与采用GDOP(geometric dilution of precision)衡量联合定位性能方法相比,CRLB更能精确地反映多星时差频差联合定位的性能。理论分析及仿真实验证明了联合定位比单独利用时差或频差定位可以取得更高的定位精度。