基于多普勒变化率的机载无源定位研究

针对机载无源定位可观测性弱、收敛速度慢、定位精度差等问题,提出了一种利用角度、角度变化率和多普勒变化率对地面目标进行定位的方法。给出了该方法的定位表达式和多次测量EKF滤波后的结果,并将该方法与只测角方法及角度变化率方法进行了比较。计算机仿真表明,该方法可观测性更强、收敛速度更快、定位精度更高。

基于多机协同的机载无源定位分析

提出了通过空域中多架载机对同一目标的测量信息进行目标定位的一种多机协同机载无源定位系统。多机协同的无源定位系统能够克服单基定位系统基线短的缺点,利用多载机之间的长基线能够实现目标的高精度定位。给出了单/多基体制下不同定位方法的基本原理,并进行了对应算法的几何稀释精度定位和响应时间的仿真分析。通过仿真结果发现,在定位精度要求相同的情况下,该系统的响应速度能够提高十倍以上。

机载快速无源定位原理及误差分析

利用干涉仪测向和相位变化率测距可以实现机载快速无源定位。干涉仪测向有较高的精度和较快的速度,相位变化率测距建立在干涉仪测向的基础之上。这种体制较容易在飞机上实现。干涉仪测向中相位的周期性,对测向范围和信号带宽提出了限制,而测向误差和相位误差对测距精度影响较大。综合测向和测距两方面得到定位误差,其结果可以满足实用要求。

机载单站无源定位技术分析

无源定位技术已经形成了多种成熟的方法,分别应用于不同的目的和场合.分析了7种无源定位技术的原理和方法,给出了定位模糊区和精度的结论,并比较了各自的性能和特点.

机载光电稳瞄系统实时被动测距方法研究

针对现有直升机机载光电稳瞄系统高精度角度测量和角速率测量的特点,提出一种利用测量目标相对角度和角度变化率等参数实现目标实时被动测距的方法。建立了机载稳瞄平台对地面固定目标定位的数学模型,提出利用系统旋转变压器测量目标角度,利用惯性速率陀螺测量目标角度变化率。该方法使得目标角度变化率的测量精度(优于0.1 mrad/s)比一般光学方法提高了一个数量级。利用扩展卡耳曼滤波(EKF)算法提高目标距离估算精度,保证测量结果的稳定性。理论仿真和外场验证实验结果表明,该方法可以实时估算目标相对载机的距离,适合于武装直升机快速实时目标定位。

利用相位差变化率的机载无源定位跟踪改进算法

为解决基于空频域信息的机载无源定位中高精度角速度参数难以获取的问题,论文利用相位差变化率对角速度的放大作用,通过2维相位干涉仪布局建立了一种新的无源定位观测模型,实现了对空中运动目标的定位。针对UKF(Unscented Kalman Filter)滤波中误差协方差矩阵负定导致滤波不稳定的问题,引入平方根UKF滤波算法并进行改进,采用简化球形分布的SSUT(Simplex Spherical distribution Unscented Transform)变换进行Sigma点采样,通过减少采样点个数减小了滤波的计算量。仿真表明:在较低的参数测量精度条件下,新观测模型位置和速度跟踪误差降低,采用改进的平方根UKF算法能够在保证稳定跟踪的同时,提高算法效率。

基于激光通信链路的机载IRST被动定位方法

为了实现机载IRST高精度、快速被动定位,针对一般机间数据链对大容量实时图像传输的限制问题,提出了基于激光数据链路的机载IRST被动定位方法。分析了定位原理和激光链路建立、红外图像配准融合、红外目标检测的过程。在研究UKF算法的基础上,考虑到观测方程的非线性和测量噪声的影响,利用UKF方法对目标的状态参数进行估计。仿真实验表明,这种算法得到较好的距离和速度估计精度,而且在提高机载IRST采样频率后,可以进一步提高被动定位精度。

观测域求积分卡尔曼滤波的机载无源定位算法

针对机载无源定位系统中存在滤波稳定性差、收敛速度慢、定位精度差等问题,提出一种观测域平方根求积分卡尔曼滤波算法.新算法兼顾了观测域滤波和平方根求积分卡尔曼滤波的优点,将状态矢量中的各个分量自动解耦,分离了可观测项和不可观测项;通过采用Gaussian-Hermit积分规则提高了非线性变换后随机变量参数的估计精度,有效地降低了状态域与观测域之间转换时存在的高阶误差;使用误差协方差阵的平方根代替协方差阵参与递推滤波,在保证数值稳定性的同时提高了算法的运行效率.计算机仿真表明:新算法提高了滤波稳定性、收敛速度和定位精度.

一种利用相位差变化率的机载单站无源定位方法

利用空频域信息的无源定位对角速度测量要求较高,分析相位差变化率模型可知相位差变化率对角速度具有明显的放大作用,将其应用于机载单站无源定位,建立新的无源测距模型并进行误差分析。仿真实验表明:该方法减小了参数测量难度,定位误差主要受相位差变化率和频率变化率影响,并随载机和目标相对速度的增大而减小,与原方法相比具有更好的定位精度。

利用相位差变化率的机载无源定位跟踪算法

为解决机载无源定位中高精度角速度参数难以获取的问题,利用相位差变化率对角速度的放大作用,通过二维相位干涉仪布局建立一种新的无源定位观测模型,实现了对空中目标的定位。针对UKF滤波中误差协方差矩阵负定导致滤波不稳定的问题,引入平方根UKF进行跟踪滤波。仿真表明:在较低的参数测量精度条件下,新观测模型位置和速度跟踪误差降低,采用平方根UKF能够获得稳定的跟踪效果。

对航空测向交叉定位模糊区面积的研究

传统上航空测向交叉定位模糊区面积是几何近似分析,对这种近似分析带来的误差无法进行衡量。推导出了航空测向交叉定位模糊区面积的完整表达形式,并结合航空条件下测向交叉定位的特点,以此作为参照,通过仿真对此进行了对比分析。结果表明,2种方式误差较小,现有几何近似分析的结论可以较好地描述航空条件下的测向交叉定位模糊区的分布特性。

一种机载单站对固定目标的无源定位方法

针对机载单站无源定位领域中,纯方位定位法对测角精度的敏感性较强,仅依靠角度的测量信息,包含的数据量小,定位精度不高的问题,提出了一种将方位角及其变化率结合起来的联合定位方法。通过深入分析定位原理,并按照定位误差的几何稀释的方法,在不同测量参数下,对地面固定目标辐射源进行了单次定位仿真。仿真结果表明,定位误差对各参数的敏感程度不同,方位角变化率的测量精度对定位误差影响最大,且联合定位方法定位精度能达到实际工程要求,可行性得到验证。

双站机载测向定位最优布站分析

本文主要针对双站测向定位系统观测平台的几何分布对定位精度有直接的影响这一特点,分析了双机载平台协同对目标测向定位时,交会角与俯仰角对定位精度的影响。通过对二维几何精度因子的分析,得出了目标与平台呈等腰三角形分布有利于提高定位精度的结论。并以此结论为前提,对三维几何精度因子进行分析。通过仿真实验得出了可以进行有效定位的交会角和俯仰角范围。

机载单站对运动目标无源定位跟踪算法

针对无源定位系统中,机载单站相对于运动辐射源目标作为状态模型,在测方位角及其变化率基础上,引入多普勒频率变化率参数构建观测模型。常用的扩展卡尔曼滤波(EKF)存在不稳定和精度低的问题,采用修正增益的扩展卡尔曼滤波算法(MGEKF),找出修正函数矩阵,实现定位状态滤波估计。仿真结果表明,MGEKF算法较之EKF算法有较高的定位精度和较快的收敛速度。

磷虾群免疫粒子滤波的机载单站无源定位算法

为了进一步提高机载单站无源定位的精度,将磷虾群优化思想引入到粒子滤波的重采样阶段,提出了一种磷虾群免疫粒子滤波算法。该算法利用磷虾的受诱导运动、觅食以及随机扩散行为,将粒子导向高似然区域,有效缓解了粒子退化问题。同时,其采用了人工免疫算法的变异操作,避免了早熟现象的出现,提高了粒子的多样性,克服了粒子贫化问题。仿真结果表明,新算法改善了机载单站无源定位的定位精度以及收敛速度。

WGS-84坐标系下机载单站PDR/DFR无源定位滤波算法

在WGS-84坐标系下实现机载单站对固定辐射源高精度无源定位有着重要的应用价值。提出WGS-84坐标系下机载单站相位差变化率/多普勒变化率(PDR/DFR)无源定位滤波算法。首先导出PDR/DFR相对定位公式,经坐标变换实现单次观测的绝对定位;分别采用一阶Taylor近似分析法和不敏变换(unscented transformation,UT)推导滤波中需要的转换量测及其协方差,实现多帧量测滤波,进一步提高定位精度,且后者克服了前者不能对非线性转换量测进行偏差补偿以及协方差一致性较差的不足。仿真结果表明,该方法能实现三维高精度的无源定位,有望用于工程实际。

基于多普勒频率的机载测距原理

基于数学定义,通过对多普勒频移变化率方程的近似处理即可实现仅基于多普勒频移测量的机载单站测距。在此基础上,进一步研究了在某一时间段内多普勒变化率的均值表达问题,在机载探测平台匀速直线飞行条件下所进行的分析表明,在某一时间段内多普勒变化率的平均值与此时段两端点处的切向速度之积成正比,并与时段终端位置处的径向距离成反比,且模拟计算证实由此表示才能获得更为准确的测距结果。与现有的方法不同,本文提出的测距方法既不需要直接检测多普勒频移变化率,也不需要和其它定位测量方法配合使用。同时,基于文献研究结果,在探测得到被测目标辐射信号中心频率后,即可实现仅基于频率测量的机载单站测距。本文的研究结果为直接利用多普勒原理准确测距奠定了工程应用基础。

机载多普勒变化率的多通道相差检测

基于一维双基阵的相差测向方法,可获得准确度更好的多普勒频移的相差计算式;通过微分并利用机载相差变化率的多通道相差检测法就能给出基于相差测量的多普勒变化率计算式。基于短基线相差测量的多普勒变化率检测方法的最大特点是多普勒变化率可以被实时获取,且理论分析表明,只要基线足够长,就能将检测多普勒变化率的测量误差控制在几Hz之内。

基于角度变化率的机载多普勒直接测距方法

基于角度变化率与多普勒频差之间的关系,提出了一种机载单基线多普勒测距方法,该方法将前置角的正弦变化率引入多普勒频移方程,借助于微分变形所产生的角速度参量就能获得被测目标的距离。模拟分析验证了所导出公式的正确性,同时还分析证明了基于角度变化率的直接测距方法和基于多普勒频移变化率的直接测距方法等效,并基于频率分辨率,给出了前置角的临界值。和基于多普勒频移变化率的机载直接测距方法相比,本文所提出的基于角度变化率的直接测距方法具有仅需一次双通道测量,和时间测量无关,不需要假定探测平台必须匀速运动等特点。

机载多普勒频移的递推及相移检测

在机载站飞行方向前方某一距离处的多普勒频移能够通过递推计算的方法由站点当前位置处的相位测量结果而被直接确定。首先,基于平面几何关系,由机载平台匀速运动时各个几何变量的运动特性导出了仅利用当前时刻的多普勒频移测量值和径向距离获得在虚拟飞行距离处多普勒频移递推值的计算式。然后,进一步直接利用相差测距、测向法求解递推式中所包含的径向距离和方位角,得到了仅基于相差检测的多普勒频移递推公式。且初步的误差分析表明,只要载机的飞行速度较低,虚拟基线的长度较短,所检测的信号波长较长,则递推频移的测量误差可控制在十几赫兹之内。