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单站无源定位与跟踪关键技术研究

张刚兵  
【摘要】:以质点运动学原理为基础,本文研究了利用角度、角度变化率以及多普勒频率变化率进行单站无源定位中的参数估计和非线性滤波等问题,主要内容如下: (1)介绍了利用切向运动和径向运动进行无源测距的原理,对两种无源测距方法做了误差分析,为工程实现指明了系统对各参数精度的要求。 (2)研究了基于相位干涉仪阵列的波达角估计方法。先在无模糊范围内确定各双基线干涉仪的所有相位模糊数解,然后利用公共基线的解逐步缩小范围,最后确定各基线的唯一解以实现解相位模糊。对宽带信号,先作FFT变换,选取信号在6dB带宽内的谱线,每根谱线看作个单频信号,采用窄带鉴相方法对各单频信号分别鉴相并估计该频率点上的延时,最后对各延时估计值进行加权平均。证明了信号在各频率点上的能量与频率平方的乘积是最佳加权系数。 (3)研究了相参脉冲串频率估计算法。提出了适用于单一重复频率和重频参差相参脉冲串信号的频率估计算法,通过脉内相关积累,提高了信噪比,利用实现相参频率估计的条件推导了信噪比门限的解析表达式,给出了单一重频脉冲串频率估计信噪比门限与信号样本总数、占空比之间的关系。对于重频参差相参脉冲串信号,在脉内相关积累之后,对新序列的相位差按参差重数抽样平均,再利用重频参差比解相位模糊,扩大了频偏允许范围,降低了算法的信噪比门限。给出了重频参差脉冲串频率估计信噪比门限与信号样本总数、参差重数、参差比之间的关系。 (4)研究了直接利用相参脉冲串进行多普勒频率变化率估计的算法,选取准最佳算法估计频率,对各脉冲进行脉内相关积累,将相参脉冲串变换成一个调频斜率是多普勒频率变化率的线性调频信号序列,解调该线性调频信号就能获得多普勒频率变化率的估计值。 (5)研究了适用于单站无源定位与跟踪的非线性滤波算法。提出了一种新的迭代滤波算法,以加快算法的收敛速度和提高滤波的估计精度。通过反向预测与更新提高了上一时刻状态估计的精度,减小了当前时刻的状态预测误差。利用更准确的初始条件经过正向预测与更新,能得到当前状态更精确的估计值。


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