運(yùn)動觀測站測時無源定位新方法研究.pdf

1、利用運(yùn)動觀測站獲取非合作輻射源位置信息的無源定位技術(shù)，在軍用和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代無源定位系統(tǒng)正向著高精度、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，試圖使用最小的載荷代價對輻射源實現(xiàn)高精度定位?；谛盘柕竭_(dá)時間（Time of Arrival, TOA）和到達(dá)時間差（Time Difference of Arrival，TDOA）等時域觀測的定位體制，理論上單個觀測站僅需要單通道接收就可完成TOA或者TDOA的測量，對輻射源信號的調(diào)制類型的適應(yīng)能力強(qiáng)

2、，可最大限度地降低定位系統(tǒng)對載荷的要求，是高精度無源定位系統(tǒng)的首選定位體制。圍繞運(yùn)動觀測站測時定位問題，本文針對單個運(yùn)動觀測站和多個觀測站基于時域量測對非合作輻射源定位的定位原理，定位方法和性能分析等展開研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　第二章研究了單個和多個運(yùn)動觀測站測時無源定位模型。首先分析了利用運(yùn)動單站或者運(yùn)動多站無法同時檢測信號的非共視條件下，對于非合作輻射源基于TOA定位，需要輻射源信號發(fā)射具有周期特性。然后基于輻射源的周期

3、特性建立了運(yùn)動單站TOA定位模型，同時分析了雷達(dá)及通信輻射源內(nèi)蘊(yùn)的輻射源周期特性，最后分析了基于該模型定位的可觀測性?；谳椛湓吹闹芷谔匦越⒘藘煞N運(yùn)動多站非共視TOA定位模型包括：以多個站各自測量的TOA作為時間基準(zhǔn)的多時間基準(zhǔn)異步TOA模型，和對所有TOA量測建立統(tǒng)一時間基準(zhǔn)的統(tǒng)一時間基準(zhǔn)異步TOA定位模型，分析了兩種模型的可觀測性。并分析了統(tǒng)一時間基準(zhǔn)異步TOA定位模型，站間距較大產(chǎn)生的模型參數(shù)辨識模糊問題。
　　第三章研究

4、了基于周期特性的運(yùn)動單站TOA定位問題，在給定表征TOA結(jié)構(gòu)信息的模型參數(shù)條件下，推導(dǎo)了運(yùn)動單站 TOA定位的條件克拉美勞下限(Conditional Cramer-rao Lower Bound, C_CRLB)。從聯(lián)合估計目標(biāo)位置及周期的角度出發(fā)，提出了基于高斯牛頓(Gaussian Newton，GN)迭代的目標(biāo)位置及周期聯(lián)合估計的批處理方法以及雙卡爾曼濾波（Kalman Filter，KF）結(jié)合高斯混合（Gaussian Mix

5、ture，GM）技術(shù)的聯(lián)合濾波方法，兩種方法在噪聲較小時，可達(dá)到聯(lián)合估計的C_CRLB。
　　第四章研究了基于周期特性的運(yùn)動多站非共視條件下異步TOA定位問題。針對多時間基準(zhǔn)的運(yùn)動多站非共視異步 TOA定位問題，提出了列文伯格-馬奎特（Leverberg-Marquardt，LM）迭代方法，該定位方法在定位的同時可利用多站的TOA觀測實現(xiàn)周期的高精度估計。針對統(tǒng)一時間基準(zhǔn)的運(yùn)動多站非共視異步TOA定位問題，充分考慮了站間距過大帶來

6、的模型參數(shù)辨識模糊問題，考慮將目標(biāo)位置空間網(wǎng)格化，從提高周期估計的角度，提出了基于多觀測站TOA量測序列時延補(bǔ)償?shù)幕旌吓判蚬烙嫹ǎ═ime Delay Compensated Order, TDCO）；從聯(lián)合估計目標(biāo)和周期的角度出發(fā)，提出了基于網(wǎng)格劃分的多起始LM迭代（Grid-based Multiple Intialization LM，GB-LM）；從運(yùn)算量考慮角度考慮，提出了結(jié)合粒子群優(yōu)化(Particle Swarm Opti

7、mization，PSO)及LM迭代（PSO-based LM，PSO-LM）等三種統(tǒng)一時間基準(zhǔn)的異步TOA定位方法。三種方法都可實現(xiàn)對目標(biāo)位置和周期的高精度估計。
　　第五章研究了運(yùn)動多站共視條件下TDOA定位解算方法。針對傳統(tǒng)迭代方法運(yùn)算量大存在收斂問題以及解析方法噪聲門限高的缺陷，在分析了著名的兩步最小二乘方法性能受限原因的基礎(chǔ)上，提出了基于定位誤差修正的TDOA解析定位方法，從理論上證明了該定位解算方法的統(tǒng)計有效性，并對該