[發明專利]一種基于方位角和俯仰角信息的雙機無源定位方法

在審

• 申請號: 201910341112.6
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN109991572A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 趙雅琴;吳龍文;馮夢飛;何勝陽;任廣輝;魏俊杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01S5/04
• 分類號: G01S5/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉冰

一種基于方位角和俯仰角信息的雙機無源定位方法，屬于目標定位領域。現有的傳統單站無源定位無法完成瞬時定位，且多站定位的加權最小二乘(WLS)表達形式復雜，時間累積特性不好的問題。一種基于方位角和俯仰角信息的雙機無源定位方法，為了對定位目標的位置坐標進行求解，首先根據實際定位場景，構建利用到達角度確定/構成的雙站觀測模型，再由本發明提出的到達信號的方位角和俯仰角座位模型輸入，同時考慮觀測誤差進行目標的高精度定位。本發明能夠實現瞬時定位，簡化了無源定位過程，時間累積收斂性能好。

技術領域

本發明涉及一種基于方位角和俯仰角信息的雙機無源定位方法。

背景技術

測向定位方法(Angles Of Arrival，AOA)是只利用信號到達觀測站的角度信息，來對目標的位置信息進行估計。無論是單一的無源定位算法，還是在各種聯合的定位算法中，AOA都是研究和應用都非常廣，各種經典的方法一直都在發展。不論在什么定位算法中，角度信息都是最基本的測量信息，而且往往在一些環境下，其他傳感器不能有效的進行測量，只能獲得角度信息，所以測向定位有著非常重要的研究意義。

在觀測站得到目標的觀測信息后，如何利用角度信息建立觀測方程，并完成對觀測方程的求解，才能得到目標位置信息的估計。最小二乘估計作為對線性(及偽線性)方程組求解的經典方法，有著目標函數易尋找、求解形式清晰等優點，被廣泛的應用在各種定位問題的坐標求解當中。傳統單站無源定位無法完成瞬時定位，且多站定位的加權最小二乘(WLS)表達形式復雜，時間累積特性不好。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的傳統單站無源定位無法完成瞬時定位，且多站定位的加權最小二乘(WLS)表達形式復雜，時間累積特性不好的問題，而提出一種基于方位角和俯仰角信息的雙機無源定位方法。

一種基于方位角和俯仰角信息的雙機無源定位方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、構建兩個觀測站與待定位目標之間的空間角度觀測模型以及目標源信號的來波方位角和俯仰角；

步驟二、利用含有角度信息的等式關系建立含有未知目標坐標的矩陣觀測方程；

步驟三、利用加權最小二乘估計法和偽逆法，對步驟二中建立的矩陣觀測方程進行求解，得到待定位目標的空間估計位置坐標。

本發明的有益效果為：

本發明從實際角度出發，對雙站無源定位進行模型建立，利用到達信號的方位角和俯仰角作為模型的輸入，再結合空間向量的正交關系和幾何位置關系，推出具有簡潔對稱的表達形式的觀測方程。結合WLS解法，由加權矩陣的修正，完成在有測量誤差存在時的目標源位置估計，提高了時間累積收斂性能。

通過本發明方法，僅利用兩站觀測就能實現瞬時無源定位，并僅使用角度觀測信息完成對目標位置的解算，大大將復雜的無源定位問題得到了簡化。在此模型下，可以在小型的偵察無人機搭載測量設備(如相位干涉儀)，有著較高的實用性，很好的做到了小型化靈活性的偵察探測。此外兩觀測站的布站位置也無需特殊考慮，可以進行移動觀測，十分靈活。

本發明提出的AOA觀測模型，利用加權最小二乘解法有著獨到的優勢。在定位模型中僅需要輸入測量的角度信息，一定程度上降低了誤差引入；并且在目標源距離較遠，處于遠場條件時，模型對觀測站自身位置誤差不敏感，可以忽略不計，即模型對各種誤差的包容性較強。加權最小二乘法利用對加權矩陣的計算更新，完成對存在誤差的一定矯正作用，并且隨著時間積累的測量，WLS有著良好的時間收斂性。

附圖說明

圖1為本發明方法總體流程圖；

圖2為本發明方法具體步驟流程圖；

圖3為本發明兩觀測站同時對輻射源目標的觀測模型；