基于各种辅助方法的无源定位体制及算法研究

《基于各种辅助方法的无源定位体制及算法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章绪论相比。本文主要对无源定位中的前两个方面进行了深入的学习和研究。在将各种常规的无源定位体制、性能分析以及具体的定位算法推广至三维之外，还结合当前比较热门的、带有辅助性质无源定位体制做了详细的研究，例如基于非协同照射的外辐射源无源定位体制、性能分析及具体定位算法的研究和基于联合wSG84地球模型的无源定位体制、性能分析及具体的定位算法的研究，在这样一个背景下，提出了基于位置差分原理的无源定位体制，并对此种全新的体制做出了性能分析。1．2国内外研究现状无源定位的研究主要有三个关键性问题，本节将围绕这三个关键性问题展开说明，无源定位国内外研究的现状。无源定位的第一个关键问题是可观性

2、问题。一个系统必须是有效可行的，考察一个无源定位系统的可行性首先要考虑的是其系统的可观测性。可观测性描述的是系统能否对目标进行定位，深入的讲，既是它回答了此系统所采用的定位体制，在理论上是否具备了定位的可能性。只有当目标位置(速度)是完全可观的，定位和跟踪问题才有可靠的唯一解。这里简单的抽象为数学问题：即系统获得的信息，所组建的测量方程，对于目标位置是否存在唯一解。若存在唯一解，则当目标位于这一点时，系统是可观测的；反之，系统是不可观测的。当然，可观测性在线性系统理论中时一个清晰明确的概念，而在非线性系统中，可观测性出现了几种不同的定义，分析和具体的讨论要以深奥的李代数为数学工具【1

3、1。对于无源定位的非线性可观测性分析，工程界提出了很多不同的方法。非线性的方位角测量方程可以转化为具有线性形式的伪测量方程【2J，从而利用已经得到的线性处理理论来解决这个非线性问题，这种处理是我们要么获得一个封闭的显式解，要么分析得到的伪线性可观测矩阵。1981年，最早由StevenC．Nardone和V．J．hidala沿着这一方法针对运动单平台对运动目标的唯方位角(Bearing-Only)做出了关于其可观测性的数学理论推导【3l，得出了可观测条件。接着1985年，SherryE．Hamel和V．J．Aidala将该系统的可观测性条件推广到了三维情况下14J。之后，可观测性分析的

4、研究得到了蓬勃的发展和推广。1988年，E．Fogel和M．Garish讨论了更一般的情况，即目标的状态扩展到N维，并给出了可观测性条件3电子科技大学硕士学位论文15]，并且指出了文献【3,41给出的可观测性条件只是必要条件。从理论上来讲，文献【5】解决了单站无源定位的可观测性问题，但其方法复杂，结果不直观。同年，C．Jauffret和D．Pillon通过分析Fisher信息矩阵(FIM)建立等效的可观测性准则，成功的避开了复杂的非线性微分方程，针对常加速目标的三维跟踪，得出了相应的可观测性条件【61。但他们得出的条件是文献【3,41的推广，同样只是一个必要条件。然而他们的方法为以后

5、的非线性测量测量方程的可观测性分析奠定了基础。1989年A．N．payne[7]，1993年K．Becker[引，1996年T．L．Song[91，1996年C．Jauffret和D．Pillon[10】逐步完善和丰富了可观测性分析，得出了在任意目标运动形式下的可观测性的充分必要条件。文献【111就是采用这一方法，成功进行了利用到达角(DOA)和相位变化率(PRC)的测量对目标跟踪的可观测性分析。文献【12】进行了含到DOA和多径时延测量的无源定位的可观测性分析。文献【13】进行了阵列测频、测向定位系统的可观测性分析。无源定位的第二个关键问题是可观度问题。分析一个系统得到了其可观测条

6、件，这仅仅是在理论上说明了目标在此条件下可以被观测或被定位，但实际上由于受到噪声或者其他系统误差测量误差的影响，我们总是无法完全准确的得到目标的真实状态系统，总存在一个对于目标真实位置的理论误差问题。于是存在一个系统对目标定位性能优劣的问题。当得到一个可观测系统以后，我们最关心的就是其对每一个空间位置的可观测度问题，实质上就是此系统对空间位置的定位的估计精度在理论上能达到多少。一个简单粗略描述系统定位精度的可观测度工具是误差圆概率(CEP)，它被定位为一个以估计均值(t{ean)为圆心的半径，并且承认受到一定条件的随机影响。CEP表征了系统定位状态与估计均值的不确定度关系，并且能对有

7、偏估计做出评估。经典并且相对更加优越的可观测度分析工具是克拉美一罗方差下界(CRB)，它具备了优越的统计特性，能提供实际系统在噪声环境下能达到的最优参数估计精度。借助CRB，我们在统计意义下表征了定位估计状态与目标真实状态之间的标准差关系。CRB界直接反映了噪声环境下，对目标所在空间某点状态估计精度。由于任何一种定位系统对不同空间位置目标，其定位估计精度不同，因此目标位置的估计误差与目标相对于观测站的几何关系是密切相关的。因此研究估计方差与观测站几何布局之