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航空搜潜浮标定位方法研究

张欣  
【摘要】: 自潜艇问世以来,由于潜艇具有隐蔽性好、突击威力大、对敌方海上及陆基的作战平台具有强大的威慑力和攻击力等的特点,历来作为海军兵器的重要组成部分,而受到各国海军的重视。因而,在对海作战中,搜索、攻击敌军的潜艇力量是一项重要的战略任务。 航空反潜是未来海战中一种重要的作战形式,它包括搜潜和攻潜两个阶段。为了提高我军的航空反潜水平,我军已初步具备以旋翼飞机为核心装备的硬件航空反潜能力,急需构建适应我军现役搜、攻潜武器装备的机载反潜战术数据系统(TDS),使我海军在航空反潜方面形成强大的战斗力。 搜潜是攻潜的前提,要使反潜武器准确地命中潜艇目标,首先应该在海洋环境中获取潜艇确切的位置和运动数据。在多种搜潜设备中,主动或被动声呐浮标是能够在较大范围水域布防搜潜的主要航空搜潜装备。一般,载机可以携带几十枚至上百枚声呐浮标,以一定的几何阵形布放到水中,构成多基地搜潜系统,由这些传感器向航空搜潜TDS系统提供源信息。 浮标的投放位置是设定的,但随着在海洋环境中的随机漂移,其位置不断更新。因此,飞机对搜潜浮标的空间定位,将直接影响飞机对目标的位置和运动趋势的掌握精度。 虽然全球卫星定位系统(GPS)能够提供高精度的定位信息,但是,GPS在战时的可靠性和可依赖性将受到限制。因此,本文采用了利用飞机所能测量的信息对浮标定位的方法。根据飞机的机动性,本文构造了使飞机到达不同点获取相同的测量信息而实现定位的多基地定位系统;依据机载有源无源探测器所能获得的测量量,提出了两种定位方法:斜距离测量定位法和基于卡尔曼滤波的方位测量定位法。 斜距离测量定位中,假设飞机在同一高度水平面,经过三次间隔时间很短的斜距测量,即可实现对浮标的定位。从几何空间定位的角度看,是由以三个斜距为半径的圆相交出一点,而确定出浮标的二维平面坐标。与传统的斜距测量三角形定位方法相比,可以大大减小对飞机机动性的限制。本研究证明了所提出方法的可行性,分析了算法所遇到的定位误差。仿真实验表明,飞机与浮标的相对位置在一定的估计角度范围内,算法均可以收敛到要求的误差内,实现远距离快速定位。 方位测量定位法是在不同位置测得两个以上的方位面相交出一条定位线,由定位线与水平面的相交点实现二维平面定位。由于测量噪声和浮标的漂移,几个方位面无法交出一条定位线。为了克服各种误差因素对定位的影响,本文采用了扩展卡尔曼滤波技术,同时为了减少计算量,提出了一个2状态向量的系统模型。该算法包括两个滤波器,第一个是2状态的浮标位置估计滤波器,第二个是保证前一个滤波器不发散的漂移估计滤波器。仿真表明,对于给定的飞行模式和飞机参数,该算法可以成功地估计浮标的位置,并且分析了飞机与浮标的距离、测量频率和飞行高度对定位的影响。


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