存在观测站位置误差的转发式时差无源定位

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1、航空学报ActaAerOnaulicaetAstrOnaulicaSinicaFeb252016VoI．37No．2706．716ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．cn存在观测站位置误差的转发式时差无源定位朱颖童*，董春曦，刘松杨，董阳阳，赵国庆西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室，西安710071摘要：无源定位中，由于观测站安放在运动平台等原因造成的观测站位置误差会影响无源定位精度性能。另外到达时间差(简称时差)(TDOA)的转发式测量需要将不同观测站

2、截获到的辐射源信号都转发到同一位置，如主观测站。针对这两个问题，提出了基于约束总体最小二乘(CTLS)的无源定位算法。首先将转发式时差的非线性定位方程转化为不需要中间变量的直接线性方程，再基于CTLS算法依次转化为约束优化问题和无约束优化问题，最后推导给出定位近似闭式解。仿真实验表明在观测站误差较大时，该算法与其他算法相比定位精度性能较好。关键词：无源定位；到达时间差(TDOA)；观测站位置误差；约束总体最小二乘(CTLS)；近似闭式解中图分类号：V247．5；TN971文献标识码：A文章编号：1000一6893(2016)02一0706—11无源定位具有作

3、用距离远，安全隐蔽性能好，获取信息多而准等优势，是电子对抗的一个重要的研究方向。无源定位问题是非线性问题，在解决该问题时需要克服有偏差、计算量大等困难，因此虽然数据量不是很大，但如何能够通过简单的计算或迭代得到高精度的估计结果，一直以来都得到了广泛而深入的研究。多站时差定位以其全面、精确、实时性好的优势在现代定位中得到了广泛的应用。随着技术的发展，无源探测设备已经被安装在飞机、侦察卫星、无人驾驶飞机等运动平台上[1]，这些运动平台自身的位置估计会存在误差，因此会影响无源时差定位的性能。文献[2]指出测量时差的方法大致分为两种：一种是采用同步时钟的方式在不同位

4、置分别测量信号某一特征点的时间再相减；另一种是将信号转发到同一位置，比较它们相对移动多长时间后最相像。为了描述简便，在这里把第1种时差称为基于同步时钟的差分式时差，第2种时差称为转发式时差。相关的讨论无源时差定位的论文所用到的时差都是假定基于前一种方法得到。文献[2]指出后一种方法测量得到的转发式时差具有更高的精度。文献[3]给出的根据相位估计时差算法以及时差测量精度分析是基于将不同观测站将截获到的辐射源信号转发到同一接收机的场景。因此通过转发和测量得到转发式时差是辐射源信号直接辐射到主观测站所需时间与经过副观测站转发到达主观测站所需时间之差。不存在观测站位

5、置误差时，因为可以确切得到主副观测站之间距离差，所以两种方法的时差可以相互无误差转换。但是当存在观测站位置误差时，两种方法的时差相互转换时会引入观测站位置误差，因此利用第2种方法得到的时差进行无源定位时需要针对观测站位置误差设计特定的定位模型和算法。目前考虑观测站位置误差的无源时差定位主收稿日期：2015—02—10；退修日期：2015-05-04；录用日期：2015-07-18；网络出版时间：2015-07-2413：48网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／11．1929V201507241348001htmI基金项目：国家“973

6、”计划(6131812012)；中央高校基本科研业务费专项资金(JDZDl40503，JDYBl40810)*通讯作者Tel：029·88204179E·mail：zhuyl_xd@163．com；

7、两格武：来颖童．董春曦．觑秘杨．等．存在观漶站位置误差的转发武时差无源定位[J-．航空学报．2016．37(2)：706—7{6jZHUYT．DoNGcx．L

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10、IzatlonusingrelransmittedTDoAme髂urements．nt№pfesenceofsensOr00sltIonerfors￡如ActaA

11、eronautlcaetAst『onaulIcaslnlca．2016．37(2)：706—716．朱颖童，等：存在观测站位置误差的转发式时差无源定位要包括文献[4—9]，其中文献[4—6]基于两步加权最小二乘法(Two—stageweightedLeastSquares(wLS))进行改进，文献[7—9]基于约束总体最小二乘(CTLS)法进行改进。这两类算法虽然在估计中间变量时考虑了观测站位置误差，但由中间变量估计最终定位结果时仍会受到主观测站位置误差的影响。因此考虑直接可以得到定位结果的模型，文献[10]首次提出无需中间的定位模型来分析多径效应对定位的影

12、响。文献[11]利用该模型，将定位问题最终转化为广义