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多站无源定位技术因其隐蔽性好、作用距离远和成本低等优点在军事领域和民用领域都具有十分广泛的应用。特别是在电子对抗领域,无源定位不主动对外发射电磁波,而是利用目标发射或反射的电磁波,实现对敌方无人机(UAV)、雷达等设施的静默定位,在现代化战争中发挥着愈发重要的作用。目前,无源定位中常用的定位参数有:到达角(AOA)、到达时间差(TDOA)、到达频率差(FDOA)和接收信号强度(RSS)等。本文从几种参数定位的原理出发,对定位系统模型、误差来源、定位精度评价标准等进行了讨论,旨在进一步提高对辐射源定位的精度和解决接收站位置误差对定位性能的影响,提出了TDOA/RSS联合定位方法和接收站位置有误差时移动目标TDOA/FDOA联合定位算法。本文的主要研究内容如下:
1)介绍了多站无源定位系统和多站无源定位技术的研究现状,详细阐述了不同参数定位方法的基本原理和优缺点,分析了几种常见的定位误差来源,并给出了定位精度评价标准。
2)阐述了三种经典TDOA定位算法,包含Chart算法、约束加权最小二乘算法和约束总体最小二乘算法,给出了TDOA基本定位模型,并对这三种算法进行了推导和分析,通过仿真实验比较了这几种算法对目标辐射源位置的估计性能,同时研究了接收站数目对目标定位性能的影响。
3)针对辐射源高精度定位问题,提出基于TDOA和RSS测量值的联合定位算法,利用泰勒级数估计方法,将TDOA和RSS测量信息构建的非线性方程进行线性化处理,进一步提高了定位精度。然后提出了最大似然估计方法作为补充进行对比,并推导了联合估计方法的克拉美罗下界。仿真实验表明,所研究的联合定位算法估计性能优于常规TDOA或RSS估计方法。同时分析了位置目标在接收站中的几何位置对定位性能的影响。
4)对接收站位置存在误差情况下移动目标的定位问题进行了研究。考虑三维空间定位场景,提出了一种改进的泰勒级数估计方法,利用TDOA和FDOA同时估计目标的位置和速度并更新接收站的位置,降低了接收站位置误差对定位精度的影响。为了减少迭代次数,采用一种基于定位误差修正的两步法来对目标的位置和速度进行初始估计。仿真结果表明,无论是对于近场还是远场辐射源,所提算法比W-MDS算法、CTLS算法和TSWLS算法具有更小的RMSE,该方法在多站无源定位领域有较好的应用价值。
1)介绍了多站无源定位系统和多站无源定位技术的研究现状,详细阐述了不同参数定位方法的基本原理和优缺点,分析了几种常见的定位误差来源,并给出了定位精度评价标准。
2)阐述了三种经典TDOA定位算法,包含Chart算法、约束加权最小二乘算法和约束总体最小二乘算法,给出了TDOA基本定位模型,并对这三种算法进行了推导和分析,通过仿真实验比较了这几种算法对目标辐射源位置的估计性能,同时研究了接收站数目对目标定位性能的影响。
3)针对辐射源高精度定位问题,提出基于TDOA和RSS测量值的联合定位算法,利用泰勒级数估计方法,将TDOA和RSS测量信息构建的非线性方程进行线性化处理,进一步提高了定位精度。然后提出了最大似然估计方法作为补充进行对比,并推导了联合估计方法的克拉美罗下界。仿真实验表明,所研究的联合定位算法估计性能优于常规TDOA或RSS估计方法。同时分析了位置目标在接收站中的几何位置对定位性能的影响。
4)对接收站位置存在误差情况下移动目标的定位问题进行了研究。考虑三维空间定位场景,提出了一种改进的泰勒级数估计方法,利用TDOA和FDOA同时估计目标的位置和速度并更新接收站的位置,降低了接收站位置误差对定位精度的影响。为了减少迭代次数,采用一种基于定位误差修正的两步法来对目标的位置和速度进行初始估计。仿真结果表明,无论是对于近场还是远场辐射源,所提算法比W-MDS算法、CTLS算法和TSWLS算法具有更小的RMSE,该方法在多站无源定位领域有较好的应用价值。