基于运动学原理的LBI解模糊算法.pdf

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1、2015年海军航空工程学院学报2015第30卷第1期JournalofNavalAeronauticalandAstronauticalUniversity、b1．3ONo．1文章编号：1673—1522(2015)01．0033-03DOI：10．7682~．issn．1673—1522．2015．01．007基于运动学原理的LBI解模糊算法王志远(海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台264000)摘要：模糊相位差定位是当前无源定位体系中的一个热点问题。传统LBI解模糊算法设备需要量大、信号处理复杂。利用卫星测量

2、获得的“模糊”相位差与目标位置始终表现出最强的相关性原理，提出了基于运动学原理的LBI解模糊算法。仿真实验表明：在满足3O。天线覆盖范围要求下，该算法收敛速度快，定位精度高，设备需求少，具有较强的工程可实现性。关键词：长基线干涉仪；相位差；模糊算法；CEP；GDOP中圈分类号：TN911文献标志码：A作为一种精确测量手段，长基线干涉仪(Long假设目标辐射源的位置矢量为，发射信号频率BaselineInterferometer，LBI)体制广泛应用于单站定为．厂，电磁波传播速度为C，干涉仪长度分别为d和位体系中。所谓L

3、BI，是指干涉仪基线波长比很大，通d，在m时刻，观测器的位置矢量为。，干涉仪基线常为其几十上百倍甚至更多，目前有很多文献对LBI单位矢量分别为b。和b，通过信号分选后”，可以得解模糊算法进行了研究【l。l。传统的LBI解模糊算法，到带有整周期模糊的相位差测量值：硬件需要设备量大，信号处理比较复杂，文献[4-6】提，，，、出了以增加信号处理复杂度为代价降低系统复杂度：mod2~l2J；(1)和提高定位精度的新的LBI解模糊算法。该方法的实质是利用卫星对地面辐射源进行多次测量获得模糊相位差，虽然单次测量的相位差都是模糊的，

4、但是由一0d22J。(2)于它们依然是关于目标位置的函数，而观测区域的其式(1)、(2)中：表示取矢量的长度；s，和占表示他点一般难以具有该特点，因而对多次测量数据进行测量噪声；modh(·)表示取2百的模。关联处理就可以提取出目标位置信息，从而实现无模假设m时刻，2干涉仪相位差的整周期模糊数集糊定位。合分别为J7、，。、Ⅳ，其中的元素个数分别为r／,，、n，1信号模型则实际的无模糊相位差可能存在Ⅳm=n×凡种情况，每种情况对应一个定位点，因而将对应Ⅳ个定位如图1所示，、。、为观测平台上的3个接收点，其中只有一个为目标

5、真实位置，其他均为模糊定天线，构成二维长基线干涉仪，为地面固定辐射源，位点，且干涉仪基线越长，模糊定位点个数越多。干涉仪基线长度远大于目标信号波长。在实际中，测量得到的相位差不仅含有整周期模糊，还包含测量误差。由于测量误差的影响，每次测量得到的定位点中对应目标真实位置的定位点也不会完全相同，因而难以通过定位点匹配的方式得到目标的真实位置。从统计意义的角度而言，对于多次测量，目标真实位置是使得由该点得到的模糊相位差与实际测量得到的模糊相位差最接近的位置点，其数学表达式如下：图1三阵元干涉仪定位场景示意图Fig．1Sche

6、maticdiagramofthreeelement¨⋯(2晶)．(3)interferometerscene收稿日期：2014．07．10；修回日期：2014．10．25作者简介：王志远(1985一)，男，硕士生。·34·海军航空工程学院学报第3O卷解模糊概率是指500次蒙特卡罗仿真中，得到正，=mod2~,(2呙]。㈩确定位结果的次数占总的仿真次数的百分比。从表1中可以看出：在满足30。天线覆盖范围的要求条件下，假设共有M次测量，则目标位置的估计值可以通当观测时长达到15s时，CEP误差可以达到2．78km；过最小

7、化代价函数得到当观测时长达到40s，可无模糊地得到定位结果。=2．2不同相位差测量误差条件下的定位性能仿真叫n薹{[m。d(。()一咖)】+[m。()一：)】2}。观测时长40s，其他的仿真条件不变，统计不同相位差测量误差条件下CEP误差和解模糊概率，得到2仿真分析表2所示结果。仿真场景参数：目标信号发射频率为3GHz，脉冲表2不同相位差测量误差条件下的定位性能重复频率为100Hz；干涉仪阵面口朝下，基线方向分Tab．2Locationperformancetraderdiferentphasediferencemea

8、surementerror别平行和垂直运动方向，基线长度为2m；姿态及导航数据输出率均为l0Hz；干涉仪基线长度系统误差为0．1mm，方位和俯仰测量系统误差为0．01。；卫星姿态偏航角随机误差为0．1。，横滚和俯仰角随机误差均为0．0833。；卫星姿态偏航角系统误差为0．05。，横滚和俯仰角系统误差均为0．04。；卫星轨道高度为7