一種在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)火控系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種在干擾環(huán)境下的目標(biāo) 定位方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著技術(shù)的發(fā)展，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的日益復(fù)雜。隱身、高速目標(biāo)的出現(xiàn)和電子干擾手段的 運(yùn)用都成為防空作戰(zhàn)面臨的巨大挑戰(zhàn)。從技術(shù)難度的角度來(lái)看，電子干擾手段易于實(shí)現(xiàn)，是 各國(guó)空軍高度重視并普遍發(fā)展的戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗手段。從局部戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，空襲方除采用精確 打擊武器外，還必然采用遠(yuǎn)距離支援干擾和空襲載機(jī)隨隊(duì)自衛(wèi)式干擾的戰(zhàn)術(shù)W減弱地面防 空力量的作戰(zhàn)能力，最大限度的保障空襲編隊(duì)安全。
[0004] 電子干擾手段的運(yùn)用，可使防空導(dǎo)彈的雷達(dá)系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確定位目標(biāo)位置、形成航 跡，進(jìn)而無(wú)法形成對(duì)來(lái)襲目標(biāo)的跟蹤、指示和打擊?？梢?jiàn)，防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜電磁干 擾環(huán)境下的作戰(zhàn)能力需求迫切。因此，不僅雷達(dá)、導(dǎo)彈等分系統(tǒng)需要具備良好的抗干擾能 力，武器系統(tǒng)在指揮控制能力上同樣需要能夠?qū)Ω鞣N傳感器傳來(lái)的干擾目標(biāo)信息進(jìn)行融合 處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)目標(biāo)和干擾目標(biāo)的有效指示。
[0005] 本發(fā)明將傳感器和目標(biāo)均看作H維空間的點(diǎn)，有方法角、俯仰角確定一條源自傳 感器經(jīng)過(guò)目標(biāo)的射線。通過(guò)多部傳感器的多條關(guān)聯(lián)射線，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位和跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法在電子干擾條件下，通過(guò)傳感器提供的純角 度信息得到目標(biāo)的H維位置信息；為解決所述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種在干擾環(huán)境下的目標(biāo) 定位方法。
[0007] 本發(fā)明提供的在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法采用至少兩個(gè)傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探 巧||，得到同一目標(biāo)相對(duì)于兩個(gè)傳感器的俯仰角和方位角；然后將目標(biāo)和所述兩個(gè)傳感器投 影在同一水平面上，根據(jù)正弦定理計(jì)算目標(biāo)的空間位置。
[0008] 進(jìn)一步，在目標(biāo)不止一個(gè)的情況下，還包括：對(duì)所述兩個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行配 對(duì)，找出兩個(gè)傳感器對(duì)同一目標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0009] 進(jìn)一步，包括：在目標(biāo)不止一個(gè)的情況下，依據(jù)兩個(gè)傳感器對(duì)同一目標(biāo)的觀測(cè)射線 之間距離最小的原則，對(duì)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)，找出兩個(gè)傳感器來(lái)源于同一目標(biāo)的 探測(cè)值。
[0010] 進(jìn)一步，在傳感器的數(shù)量大于2的情況下，任取兩個(gè)傳感器的探測(cè)值計(jì)算目標(biāo)的 空間位置；或者對(duì)傳感器進(jìn)行兩兩組合，計(jì)算各個(gè)組合的H維坐標(biāo)總定位誤差，選取誤差小 的傳感器組合進(jìn)行定位。
[0011] 進(jìn)一步，采用傳感器Si和S2對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，tdi分別為兩傳感器之間距離和水 平距離，巧、巧和巧、瀉分別為傳感器Si和S2相對(duì)于同一目標(biāo)的方位角和俯仰角；則，在兩 傳感器和目標(biāo)在同一水平面上的投影不在同一直線上時(shí)，目標(biāo)在W傳感器Si和傳感器S2為原點(diǎn)的大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為：
[0012] 進(jìn)一步，兩個(gè)傳感器對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)射線之間的距離為：
其中
為角度觀測(cè)單位矢量， 狂Sl，Ysl，Zsl)、化2，Ys2，Zs2)分別為大地坐標(biāo)系下兩傳感器站址坐標(biāo)，
(〇4，在1)、（a'2，片2)分別為兩傳感器的探測(cè)值。
[001引 進(jìn)一步，
[0014] 在作戰(zhàn)過(guò)程中，干擾機(jī)對(duì)其干擾范圍內(nèi)的雷達(dá)進(jìn)行干擾，使受干擾的雷達(dá)無(wú)法測(cè) 到回波時(shí)間，從而使該雷達(dá)得不到距離信息而失去對(duì)其進(jìn)行定位和跟蹤能力。本發(fā)明針對(duì) W上定位困難，可W利用雷達(dá)獲取的方位角和俯仰角信息，將目標(biāo)定位于滿足該兩個(gè)角度 的射線上。然后通過(guò)源自多站對(duì)同一干擾源目標(biāo)探測(cè)獲得的射線來(lái)交叉定位出目標(biāo)的所 在。
[0015] 本發(fā)明可應(yīng)用于目標(biāo)自衛(wèi)干擾及實(shí)施距離欺騙手段下的目標(biāo)位置計(jì)算，為實(shí)時(shí)導(dǎo) 彈發(fā)射提供可用的目標(biāo)H維引導(dǎo)信息。其它型號(hào)可直接使用該方法，通用性良好，能夠有效 的節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)和人力資源成本，可滿足不同導(dǎo)彈武器系統(tǒng)對(duì)干擾目標(biāo)交叉定位的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1武器系統(tǒng)交叉定位流程圖； 圖2目標(biāo)和兩個(gè)傳感器在同一水平面上的投影不在同一條直線上時(shí)，兩個(gè)傳感器與目 標(biāo)的相對(duì)位置示意圖； 圖3目標(biāo)和兩個(gè)傳感器在同一水平面上的投影在同一條直線上時(shí)，兩個(gè)傳感器與目標(biāo) 的相對(duì)位直不^意圖。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[001引下文中，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0019] 本發(fā)明所提供的方法可W應(yīng)用于至少兩個(gè)傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)的應(yīng)用環(huán)境。在 空間只有一個(gè)目標(biāo)的情況下，可W直接利用兩個(gè)傳感器探測(cè)得到的目標(biāo)的方位角和俯仰 角，W計(jì)算目標(biāo)的空間位置；在空間有多個(gè)目標(biāo)的情況下，需要先在多組探測(cè)值中進(jìn)行配 對(duì)，篩選出兩個(gè)傳感器相對(duì)于同一目標(biāo)的探測(cè)值，再進(jìn)行計(jì)算。
[0020] 對(duì)結(jié)合圖1，W第二種情況為例，對(duì)本發(fā)明所提供的方法進(jìn)行示例性闡述，在只有 一個(gè)目標(biāo)的情況下，省略探測(cè)值配對(duì)步驟即可。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例提供在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，包括： 步驟一、獲取傳感器站址坐標(biāo)，本實(shí)施例中，在大地坐標(biāo)系下，X、y、z軸的正方向分別為 東、北、天方向，傳感器Sl和傳感器S2的坐標(biāo)分別為狂sl，Ys。Zsl)、狂s2，Ys2，Zs2); 步驟二、獲取傳感器探測(cè)值，，片i)、（a'3，片3)分別為傳感器Si和傳感器S2對(duì)目標(biāo) 的探測(cè)值，為和a'2分別為傳感器Si和傳感器S2探測(cè)的目標(biāo)的方位角；成和成分別為傳 感器Si和傳感器S,探測(cè)的目標(biāo)的俯仰角。其中方位角的定義為；在水平面內(nèi)，由X軸正方 向沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到目標(biāo)斜距在水平面內(nèi)的投影線所形成的角度。由方位角、俯仰角可 W確定一條源自傳感器經(jīng)過(guò)目標(biāo)的觀測(cè)射線。
[0022] 若無(wú)誤差存在，該兩條目標(biāo)觀測(cè)射線應(yīng)該在空間交于一點(diǎn)；存在誤差時(shí)，該兩條觀 測(cè)射線則可能不相交。步驟H、在目標(biāo)不止一個(gè)的情況下，利用最小距離關(guān)聯(lián)，對(duì)所述兩個(gè) 傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)，找出兩個(gè)傳感器對(duì)同一目標(biāo)的探測(cè)值，具體地， 目標(biāo)觀測(cè)射線的向量方程為：
其中，
為角度觀測(cè)單位矢量， r,為目標(biāo)相對(duì)于傳感器的距離，

貝1J，兩條觀測(cè)射線上兩點(diǎn)距離的距離為
在有n的目標(biāo)的情況下，計(jì)算n!個(gè)關(guān)聯(lián)假設(shè)配對(duì)的，取其中最小距離的關(guān)聯(lián)假設(shè) 配對(duì)作為一個(gè)正確的關(guān)聯(lián)，認(rèn)為對(duì)應(yīng)探測(cè)值來(lái)源于同一目標(biāo)，把它們從探測(cè)集合中刪除。重 復(fù)上述操作，直到得到n個(gè)正確關(guān)聯(lián)。
[002引步驟四、計(jì)算目標(biāo)空間位置。
[0024] 在大地坐標(biāo)系，〇1、化分別為傳感器Si和傳感器S2所處位置；T為目標(biāo)的位置。t di分別為傳感器Si和傳感器S2之間距離和所述距離在水平面的投影，Ri、R2為目標(biāo)相對(duì)于 傳感器Si和傳感器S2的斜距，巧和巧分別為傳感器Si和傳感器S2探測(cè)的目標(biāo)的方位角； 巧和A分別為傳感器Si和傳感器S2探測(cè)的目標(biāo)的俯仰角和。
[0025] 第一種情況：目標(biāo)和兩個(gè)傳感器在同一水平面上的投影不在同一條直線上時(shí)，兩 個(gè)傳感器與目標(biāo)的相對(duì)位置如圖2所示。
[002引設(shè)S2的海拔高度比Si高，WSi所在的水平面為基準(zhǔn)平面，由02向基準(zhǔn)平面作投影 0^再由T向基準(zhǔn)平面作投影Ti，且AS垂直于TTi，AS為S2所在平面內(nèi)的目標(biāo)斜距投影，。 為射線0301與X軸正方向的夾角。由于01、02在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)已知，所Wdi和a為 已知。
[0027]在
根據(jù)正弦定理，可得俯視基準(zhǔn)平面上的投影H角形邊長(zhǎng)為：
根據(jù)兩傳感器的俯仰角，可分別得到目標(biāo)的斜距為：
由此可得目標(biāo)T在分別W〇1和化為坐標(biāo)原點(diǎn)的大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：
第二種情況：目標(biāo)和兩個(gè)傳感器在同一水平面上的投影在同一條直線上時(shí)，兩個(gè)傳感 器與目標(biāo)的相對(duì)位置如圖3所示。此時(shí)巧=a時(shí)，在基準(zhǔn)平面的俯視角度上，〇3、T、〇i呈一 直線。此時(shí)，射線化〇1與X軸正方向的夾角巧=arccos(%)。 d
[002引根據(jù)正弦原理，可得：
[0029] 在使用多站交叉測(cè)距的情況下，可W任選兩個(gè)傳感器進(jìn)行組合，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定 位；為了提高精度，還可W把傳感器兩兩組合，計(jì)算各個(gè)組合的H維坐標(biāo)總定位誤差， 選取誤差小的傳感器組合進(jìn)行定位。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)函數(shù)誤差計(jì)算公式可知， 40" <巧-巧<160?定位誤差較小，優(yōu)選巧-巧最接近90度的傳感器組合進(jìn)行定位。
[0030] 本發(fā)明雖然已W較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可W利用上述掲示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)W上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，其特征在于，采用至少兩個(gè)傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行 探測(cè)，得到同一目標(biāo)相對(duì)于兩個(gè)傳感器的俯仰角和方位角；然后將目標(biāo)和所述兩個(gè)傳感器 投影在同一水平面上，根據(jù)正弦定理計(jì)算目標(biāo)的空間位置。2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，其特征在于，在目標(biāo)不止一 個(gè)的情況下，還包括：對(duì)所述兩個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)，找出兩個(gè)傳感器對(duì)同一目標(biāo) 的測(cè)量數(shù)據(jù)。3. 依據(jù)權(quán)利要求2所述的在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，其特征在于，包括：在目標(biāo)不 止一個(gè)的情況下，依據(jù)兩個(gè)傳感器對(duì)同一目標(biāo)的觀測(cè)射線之間距離最小的原則，對(duì)傳感器 的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)，找出兩個(gè)傳感器來(lái)源于同一目標(biāo)的探測(cè)值。4. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，其特征在于，在傳感器的數(shù) 量大于2的情況下，任取兩個(gè)傳感器的探測(cè)值計(jì)算目標(biāo)的空間位置；或者對(duì)傳感器進(jìn)行兩 兩組合，計(jì)算各個(gè)組合的三維坐標(biāo)總定位誤差，選取誤差小的傳感器組合進(jìn)行定位。5. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，其特征在于，采 用傳感器S1和S2對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，d、Cl 1分別為兩傳感器之間距離和水平距離， 珥、％和爲(wèi)、A分別為傳感器S1和S2相對(duì)于同一目標(biāo)的方位角和俯仰角；則，在兩傳感器 和目標(biāo)在同一水平面上的投影不在同一直線上時(shí)，目標(biāo)在以傳感器S1和傳感器S2為原點(diǎn) 的大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為：6. 依據(jù)權(quán)利要求3所述的在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，其特征在于，兩個(gè)傳感器對(duì) 目標(biāo)的觀測(cè)射線之間的距離為：為角度觀測(cè)單位矢量， (XS1，YS1，ZsI)、（XS2, YS2, Zs2)分別為大地坐標(biāo)系下兩傳感器站址坐標(biāo)，(4,式）、（心2，式）分別為兩傳感器的探測(cè)值。7. 依據(jù)權(quán)利要求5所述的在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，其特征在于，
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在干擾環(huán)境下的目標(biāo)定位方法，采用至少兩個(gè)傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，得到同一目標(biāo)相對(duì)于兩個(gè)傳感器的俯仰角和方位角；然后將目標(biāo)和所述兩個(gè)傳感器投影在同一水平面上，根據(jù)正弦定理計(jì)算目標(biāo)的空間位置。
【IPC分類】G01S5/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104977559
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410134538
【發(fā)明人】杜思偉, 朱峰, 魏玉龍, 周吉超, 趙啟超, 李銳, 唐強(qiáng), 顧文珊, 楊剛
【申請(qǐng)人】上海機(jī)電工程研究所
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月4日