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一体化孔板流量计

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基于一体化孔板流量计双航段结合估计的纯方位定位跟踪算法

作者: 来源: 公布时候:2019-11-05 13:51:51

    择要: 在后人研究根本上,针对高速活动辐射源目标,提出了更具鲁棒性的基于一体化孔板流量计双航段结合估计的纯方位目标定位跟踪算法。该算法经由过程一体化孔板流量计的两个不合航段飞翔,一次性完成对匀速直线活动目标的间隔、切向速率和径向速率的估计,且在求解过程中没有插手任何强迫性的束缚。在典范场景的仿真尝试成果考证了新提出算法的有效性。

    1 弁言
   在当代化战役中,电子战扮演着愈来愈首要的角色。而对敌方电磁目标的定位与跟踪在电子战范畴具有首要意义。采取主动体例事情的无源定位技术具有感化间隔远、埋没领受、不容易被对方觉察的长处,对加强体系在复杂电磁环境下的保存才气和事情才气具有首要意义。

    一体化孔板流量计疾速无源定位技术是比来几年来生长zui快的无源窥伺定位技术,它只需求单个传感器和平台,装备量小、感化间隔远、机动性好、保存才气强,并且能与空中体系协同利用。目前,机载无源定位技术已使机载电子战体系成为机载电子体系首要的电子装备。

    一体化孔板流量计对牢固目标定位技术较为成熟,美军在上世纪 90 年代已完成了体制考证。相对比,一体化孔板流量计对活动目标定位技术处于实际研究阶段,触及的首要体例有[1 - 6]:

    1) 纯方位定位跟踪体制。为实现对活动目标定位跟踪,一体化孔板流量计需求机动。

    2) 相位差转变率定位体制。近似于纯方位定位跟踪体制,一体化孔板流量计也需求机动。因为采取了相位差转变率,与纯方位体制比拟,具有更快收敛速率。

    3) 多普勒频次转变率定位体制。在具有高精度提取多普勒频次转变率才气时,该体制无需一体化孔板流量计机动( 需求满足一体化孔板流量计与目标之间存在非径向活动) 。以上体制可以组合利用。当具有高精度提取多普勒频次转变率和测角才气时,采取纯方位 +多普勒频次转变率定位体制; 当具有高精度提取多普勒频次转变率和相位差转变率才气时,采取相位差转变率 + 多普勒频次转变率定位体制,该体制无需机载平台机动,且定位收敛时候从实际下去讲zui短。

    因为在实际很多场景中,目标多普勒频次转变率不容易求取( 如新型雷达) 。是以,基于纯方位/相位差转变率的定位算法更具合用性。本文在后人研究根本上,提出了更具鲁棒性的基于一体化孔板流量计双航段结合估计的纯方位目标定位跟踪算法。该算法经由过程一体化孔板流量计的两个不合航段飞翔,一次性完成对匀速直线活动目标的间隔、切向速率和径向速率的估计,且在求解过程中没有插手任何强迫性的束缚。

    2 基于双航段结合估计的纯方位定位跟踪算法
    2. 1 初始航段模型
    图 1 是初始航段中一体化孔板流量计与活动目标的活动学模型。

 

1.jpg

    图 1 中,A1A2和 B1B2别离表示一体化孔板流量计和活动目标的飞翔航迹; A1和 B1别离是发明目标初始时刻一体化孔板流量计与目标所处地位; θ1 和 1 别离为目标航路和一体化孔板流量计航路与连线 A1B1的夹角; Ai12和 Bi12别离是侦收到第 i 个旌旗灯号时一体化孔板流量计与目标在各自航路的地位点; θi 为侦收到第 i 个旌旗灯号时,旌旗灯号相对一体化孔板流量计航路的方位角。按照物理学中的活动道理,当侦收到第 i 个旌旗灯号时,图 1 中一体化孔板流量计和活动目标之间的间隔Di 满足:

 

2.jpg

    式中: V⊥ 为一体化孔板流量计和活动目标的切向速率总和,θi 为方位角的转变率( 可经由过程基于长基线干与仪体例求取) 。此中,V⊥ 又和 i ( 为侦收到第 i个旌旗灯号时目标航路与该时刻两边地位连线的夹角) 有关。按照一体化孔板流量计和活动目标的多少干系,可得:

 

3.jpg

    令目标在初始时刻的切向速率和径向速率别离为: X = V2 sin1,Y = V2 cos1,则:

 

4.jpg

    从上式中可以看出 Di 与初始时刻的切向速率 X 和径向速率 Y 有关。别的,按照图 1 的多少干系可知:

 

5.jpg

    因为直线 A1B1平行于 Oi12Bi12,则 δi = θi - θ1, ABi12Oi12 = ( V1 sinθ1 + V2 sin1 ) * ti ( ti 为侦收到第 i个旌旗灯号的时候) ,呼应的上式可以转化为:

 

6.jpg

    从式( 5) 可以看出,等式只与未知量 X 和 Y有关。需求重视在一体化孔板流量计只进行匀速直线活动
环境下,X 和 Y 不成能按照式( 5) 列出多个不合时刻的等式求出。这类环境下,其实可以或许获得的只是 X 和 Y 的关系。

    从以上阐发可知: 在一体化孔板流量计只进行匀速直线活动环境下,基于初始航段的阐发只能求得切向速率 X 和径向速率 Y 的某种关系。要想求得实在的 X 和 Y,需求获得别的一个只与未知量 X 和 Y 有关的等式。为体味决这一问题,在一体化孔板流量计不变速环境下,改变一体化孔板流量计的运行航迹。

    2. 2 测距、测速航段模型
    图 2 是一体化孔板流量计在第二段航迹中与目标的活动学模型。图中,A2A3段为一体化孔板流量计进行转弯,在这段时候内目标飞翔至地位 B3点; A3A4和 B3B4别离表示转弯后两边的飞翔航迹; A3和 B3别离是转弯后发明目标初始时刻一体化孔板流量计与目标所处地位; γ 是目标航路与连线 A1B1的夹角; Ai34和 Bi34别离是侦收到第 i 个旌旗灯号时一体化孔板流量计与目标在各自航路的地位点; θ珋i 为侦收到第 i 个旌旗灯号时,旌旗灯号相对一体化孔板流量计航路的方位角。

 

7.jpg

    从式( 6) 可以看出,等式也只与未知量 X 和 Y 有关。一样,在一体化孔板流量计只进行匀速直线活动
环境下,未知量 X 和 Y 不成能按照式( 6) 列出多个不合时刻的等式求出。

 

8.jpg

    2. 3 结合全过程瞬时信息的团体zui优求解
    因为式(5) 和(6) 是在不合状况下求得的等式,是以结合它们可以求出初始时刻的切向速率和径向速率,也即求得目标活动速率 V2 和 1 ( 为侦收到第 1 个旌旗灯号时目标航路与该时刻两边地位连线的夹角) 。然后基于求解出的 V2 和 1,可以求解出 Di,和目标的切向速率

11.jpg和径向速率12.jpg

    在操纵式(5)和(6)求取相对间隔和速率时,都是假定测向角 θi 和 θ珋i 为抱负环境下获得。而实际环境下体系所捕获的测向角因为噪声、颤栗、测向精度等影响与抱负的测向角存在必然的偏差。这类环境下,操纵式(5) 和(6) 求解相对间隔和速率会有较年夜的偏差。针对这一问题的处理体例之一是测向角的拟合。

    测向角拟合体例 1:
    当拟合出的测向角zui逼近抱负环境下捕获的测向角时,则全部初始航段内拟合测向角与实在捕获测向角的均方偏差zui小。

     对实际的体系,测向角的函数情势与两边活动情势有较年夜关系,在时序上是非线性函数。因为多项式拟合可以逼近肆意的函数,是以可以操纵多项式对测向角进行拟合。经由过程遍历多项式的阶数来拟合测向角,并求出对应拟合角与实在测向角的均方偏差。然后,拔取zui小均方偏差所对应的拟合测向角作为zui逼近测向角的拟合测向角。

    测向角拟合体例 2:
    因为体系的测向角与角度转变率是经由过程干与仪侧向体系获得,是以,可以经由过程对捕获的相位差进行滤波,进而获得光滑的测向角及角度转变率。

    但是拟合的测向角与抱负的测向角还是存在一点的偏差,是以,只操纵初始航段和测距、测速航段两个瞬不时刻的表达式(5) 和(6) 求得的定位和速率估计精度不高。

    从统计学角度来讲,结合全过程的瞬时信息求解有操纵消弭噪声带来的影响。是以,可以结合初始航段和测距、测速航段的所有瞬时表达式(5) 和(6) ,获得: F(X,Y) = 0 (7) X 和 Y 是目标初始时刻的切向速率和径向速率,当对窥伺旌旗灯号完成目标型号辨认时,可以开端地对其活动速率范围进行估计。是以,式(7) 转变成:

                                    F( X,Y) = 0
                                    sub to:
                                    X1 < X < X2
                                    Y1 < Y < Y2

    可以基于成熟的线性打算算法对上式进行求解,如 Matlab 中的 linprog 函数。按照求解出的 X 和 Y,可以算出目标的航向角 1、速率 V2、间隔Di,并可以反向拟合出测向角 θ珓i,进而可以有效地估计出瞬时的目标切向速率 13.jpg和径向速率

 

14.jpg

    3 仿真阐发
    在场景天生上,一体化孔板流量计和活动目标速率均为 300m /s,一体化孔板流量计和目标初始地位 AM 间隔为100km,一体化孔板流量计测向辩白率为 0. 1°,测向精度为1°( 偶然候也称为固有偏差) ,目标雷达处于持续跟踪形式,数据革新率 50Hz,目标 1 = 30°夹角飞翔,初始航段一体化孔板流量计按 θ1 = 5°夹角飞翔( 用时15s) ,测距、测速航段一体化孔板流量计 γ = 65°夹角飞翔。转弯用时 8 秒。一体化孔板流量计在转弯至测距、测速航段 10s 掉队行定位、测速。

    图 3 ~ 5 显现出了进行 100 次蒙特卡洛尝试的仿真成果。从仿真成果可以看出: 新提出算法不但可以或许有效对目标进行定位跟踪,测距、测速航段 15s 后,定位偏差收敛于 3% R; 并且可以或许有效地、持续不竭地对目标速率进行估计,测距、测速航段 30s 后,速率偏差收敛于 20m /s。

 

9.jpg

99.jpg

 

    4 结束语
    本文提出了基于一体化孔板流量计双航段结合估计的纯方位定位跟踪算法。该算法的鲁棒性详细表示在:
    1) 经由过程一体化孔板流量计的两个不合航段飞翔,能持续地对间隔、切向速率和径向速率进行有效估计;
    2) 对一体化孔板流量计从初始航段机动转弯到测距、测速航段的时候没有严格束缚。

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