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基于TDOA/AOA的多站无源定位与跟踪算法研究

王梦馨  
【摘要】:现如今,电磁环境日益复杂,电子对抗技术不断的发展与成熟,如何在电子战中精确、及时、隐蔽的对敌方目标辐射源进行定位与跟踪成为了抢得战场先机的关键。因此,无源定位跟踪技术成为了电子战中十分重要的技术手段。本文以传统的测向交叉定位与时差定位体制为基础,介绍了时差-交叉联合定位体制与算法,并针对实际应用中存在的一些问题,展开了相关研究。首先,本文介绍了基本的时差定位与测向交叉定位模型,并出于将两种算法的优势进行互补的目的,介绍了时差-交叉联合定位模型,推导了联合定位模型的几何精度因子公式,并介绍了两种针对该联合模型的闭式解算算法。其次,针对传统的伪线性闭式解算算法在误差增大时容易出现门限效应,导致定位精度急剧恶化的缺点,提出一种基于樽海鞘群算法的定位技术,该算法模拟了樽海鞘群体捕食的过程,智能的对观测空间进行搜索,基于最大似然原则给出估计解,有效的改善了门限效应。另外,根据多站无源定位模型的特征,对原始的樽海鞘群算法进行了改进,实验结果表明,改进后的算法在保持群体收敛能力的同时,极大程度上增强了前期随机搜索的能力,进一步提高了定位精度。另外,本文针对多站定位体制在实际应用中容易出现的模糊定位问题进行了研究。对于测向交叉定位的模糊问题,本文对宽带噪声调频信号的模糊点排除问题进行了研究,在多个信号混杂无法辨别到达时间的情况下,利用宽带噪声调频信号的特征,给出了一种通过信号的自相关特征求取时差信息的方法,可以有效解决此类情况下的模糊点排除问题。而对于时差定位中的定位模糊问题,本文针对由于高重频信号配对错误导致产生多组模糊时差的情况进行了分析,利用模糊点与真实点运动规律不同的特点,提出一种方法,本方法对所有估计点进行跟踪,估计每个点的速度信息,通过对估计点的速度进行判决而对模糊点进行排除。最后,本文针对一种非共视条件下的目标跟踪问题进行了研究。由于观测空间中存在障碍物遮挡,或目标与观测站之间相对运动等多种原因导致目标在某些时刻无法被所有观测站同时观测,此时由于信息的缺失,传统意义上无法对目标轨迹进行正确跟踪。本文对这种环境下观测信息的变化进行了详细分析,并针对这种条件下的跟踪问题,提出了利用过程噪声方差矩阵来平衡对预测值的信任度,从而可以在弱观测区间得到相对稳定的估计结果,通过仿真结果与理论分析,证明了该方法可以有效提高跟踪效果,使跟踪结果更稳定。


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