協同定位中的動目標誤差分析

陳鴻杰

【摘要】 在基于數據鏈的多站協同定位方法研究中，無源時差定位是應用比較廣的一種定位策略。但是對目標定位精度的分析僅僅考慮布站方式、測量誤差等是無法獲得最優結果的。本文從運動目標的高機動特征出發，通過分析目標運動對定位精度的影響，提出采用運動模型模擬方法進行目標機動誤差分析，通過分析，對基于數據鏈的多站協同定位提供依據。

【關鍵詞】 時差定位 誤差分析 高機動

一、引言

現代戰爭是海、陸、空、電磁環境四位一體的總體戰，迅速而準確的定位目標是現代戰爭首先必須解決的難題。數據鏈作為軍隊指揮、控制與情報系統傳輸信息的工具和手段，其基本作用是保證戰場上各個作戰單元之間迅速交換情報信息，共享作戰單元掌握的情報。通過數據鏈傳遞信息完成機載平臺對目標的多站協同定位，實現對敵方目標的精確定位和跟蹤的目的，使得目標狀態、屬性等戰場態勢信息可在最短時間內形成目標的相關信息。

多站無源時差定位（TDOA）是一種重要的無源定位方式，在多鏈協同情況下，由于多個平臺提供時差信息，可對高機動目標完成有效定位。多站無源時差定位（ TDOA） 采用多個站接收到的目標輻射信號，通過三個或多個平臺完成定位，二維平面內需要三個觀測站才能完成定位并確定其雙曲線的交點。如果要在空間確定一個目標，則至少需要4個站形成3對雙曲面才能確定輻射源的位置。當4個機載平臺對運動目標進行三維時差定位時，其定位精度和時差的測量誤差、觀測站的站址誤差以及布站方式有關，而針對目標本身的運動造成的誤差分析目前比較少，由于目標運動的不規律性，往往會導致定位精度的下降[1]。本文在確定時差的測量誤差、站址誤差及布站情況下，完成目標運動對定位精度的影響分析，通過建立運動學分析模型，達到對目標定位精度的提高。

二、時差定位原理

時差定位[2-5]是在目標在運動中處于一個三維空間，幾何意義下就是在空間中尋找到多個雙曲面的交點。設定空間各個觀測站為：多個TDOA方程構建的是多個雙曲面，在無誤差情況下，雙曲面會交于一點。該點即是目標位置。一般來說，多布站對提高目標精度是有效的，但是考慮到實際情況，往往無限制布站受地理位置及預算的約束。因此需要考慮在有效布站情況下定位情況。

可見當aα=且Dτ=時，可取得較好的定位效果。目前除了二維搜索之外，還沒有關于{ ， }ατ的封閉形式解，這就要求在一定的范圍內對每一對可能的{ ， }ατ計算式（9）。由于在數值上無法精確的分析，常常采用近似的辦法進行分析。比如采用牛頓法進行等。本文采用誤差分析方法，針對其不同的運動模式進行其誤差分析。

3.2目標高機動特征分析

目標高機動[11]是指目標的運動模式不局限于一種形式，在目標跟蹤中，對于目標運動而言，運動模式多變，其機動模型一般具有如下幾類：CV、CA等。對于高機動運動而言，從其運動軌跡而言，對其進行如下分類，同向運動、反向運動、急轉彎、蛇形機動。通過這四種運動軌跡的組合，可以對高機動目標的運動軌跡進行逐段分析。針對不同的運動模式，對其描述如下：

3.3仿真結果分析

根據以上分析，本文設定如下場景進行仿真，在立體空間進行仿真。定位平臺間夾角： 120度，基線長度：30km，測量時差的誤差：5ns，布站方式：等腰三角形。主站位于坐標原點，其余三站位于分別位于XOY平面內。其模擬情況如下：

從圖2中可以看出，由于其運動的方式不同，其誤差變化也不相同，在目標同向運動或目標反向運動時，其運動誤差基本上在運動初期快速變化，等對目標跟蹤穩定后誤差變化范圍較小。而目標急轉彎中由于目標的機動特性，誤差隨著其運動方式不同，誤差變化也不同，在目標蛇形運動中，其由于目標運動狀態變化劇烈，其誤差也隨著其運動呈現其運動特點。根據以上分析，針對目標高機動運動的特點，在多鏈協同無源定位中，不可能提前計算出其誤差分布，通過建立誤差分布與基本運動模型的對應關系，可在實際定位中較快的進行目標定位，同時減少目標運動對定位誤差的影響。

四、結束語

本文通過分析具體目標高速運動方式，在時差定位中，根據目標運動特點對目標高機動進行模擬，目標運動對誤差的影響進行分析，有效的分析了工程實踐中目標機動運動對無源定位誤差的影響，通過實驗分析了誤差分布規律，有效的為工程實際提供依據。在實踐中，在目標急轉彎時應該對目標誤差進行多站修正，否則可能導致誤差過大。在目標運動速度越快，這種誤差越明顯，在目前情況下，除采用更精密的儀器測量誤差外，僅能多增加觀測站來提高精度。在后續工作中，對目標復合機動以及目標機動情況下，對布站的影響等需要通過反復觀測目標完成其定位。在工程定位中，由于目標位置未知，因此最優模型的選擇比較困難，但是可通過建立誤差與運動的分布表進行快速模型定位完成最優模型的選擇。

參 考 文 獻

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