协同定位中的动目标误差分析

陈鸿杰

【摘要】 在基于数据链的多站协同定位方法研究中，无源时差定位是应用比较广的一种定位策略。但是对目标定位精度的分析仅仅考虑布站方式、测量误差等是无法获得最优结果的。本文从运动目标的高机动特征出发，通过分析目标运动对定位精度的影响，提出采用运动模型模拟方法进行目标机动误差分析，通过分析，对基于数据链的多站协同定位提供依据。

【关键词】 时差定位 误差分析 高机动

一、引言

现代战争是海、陆、空、电磁环境四位一体的总体战，迅速而准确的定位目标是现代战争首先必须解决的难题。数据链作为军队指挥、控制与情报系统传输信息的工具和手段，其基本作用是保证战场上各个作战单元之间迅速交换情报信息，共享作战单元掌握的情报。通过数据链传递信息完成机载平台对目标的多站协同定位，实现对敌方目标的精确定位和跟踪的目的，使得目标状态、属性等战场态势信息可在最短时间内形成目标的相关信息。

多站无源时差定位（TDOA）是一种重要的无源定位方式，在多链协同情况下，由于多个平台提供时差信息，可对高机动目标完成有效定位。多站无源时差定位（ TDOA） 采用多个站接收到的目标辐射信号，通过三个或多个平台完成定位，二维平面内需要三个观测站才能完成定位并确定其双曲线的交点。如果要在空间确定一个目标，则至少需要4个站形成3对双曲面才能确定辐射源的位置。当4个机载平台对运动目标进行三维时差定位时，其定位精度和时差的测量误差、观测站的站址误差以及布站方式有关，而针对目标本身的运动造成的误差分析目前比较少，由于目标运动的不规律性，往往会导致定位精度的下降[1]。本文在确定时差的测量误差、站址误差及布站情况下，完成目标运动对定位精度的影响分析，通过建立运动学分析模型，达到对目标定位精度的提高。

二、时差定位原理

时差定位[2-5]是在目标在运动中处于一个三维空间，几何意义下就是在空间中寻找到多个双曲面的交点。设定空间各个观测站为：多个TDOA方程构建的是多个双曲面，在无误差情况下，双曲面会交于一点。该点即是目标位置。一般来说，多布站对提高目标精度是有效的，但是考虑到实际情况，往往无限制布站受地理位置及预算的约束。因此需要考虑在有效布站情况下定位情况。

可见当aα=且Dτ=时，可取得较好的定位效果。目前除了二维搜索之外，还没有关于{ ， }ατ的封闭形式解，这就要求在一定的范围内对每一对可能的{ ， }ατ计算式（9）。由于在数值上无法精确的分析，常常采用近似的办法进行分析。比如采用牛顿法进行等。本文采用误差分析方法，针对其不同的运动模式进行其误差分析。

3.2目标高机动特征分析

目标高機动[11]是指目标的运动模式不局限于一种形式，在目标跟踪中，对于目标运动而言，运动模式多变，其机动模型一般具有如下几类：CV、CA等。对于高机动运动而言，从其运动轨迹而言，对其进行如下分类，同向运动、反向运动、急转弯、蛇形机动。通过这四种运动轨迹的组合，可以对高机动目标的运动轨迹进行逐段分析。针对不同的运动模式，对其描述如下：

3.3仿真结果分析

根据以上分析，本文设定如下场景进行仿真，在立体空间进行仿真。定位平台间夹角： 120度，基线长度：30km，测量时差的误差：5ns，布站方式：等腰三角形。主站位于坐标原点，其余三站位于分别位于XOY平面内。其模拟情况如下：

从图2中可以看出，由于其运动的方式不同，其误差变化也不相同，在目标同向运动或目标反向运动时，其运动误差基本上在运动初期快速变化，等对目标跟踪稳定后误差变化范围较小。而目标急转弯中由于目标的机动特性，误差随着其运动方式不同，误差变化也不同，在目标蛇形运动中，其由于目标运动状态变化剧烈，其误差也随着其运动呈现其运动特点。根据以上分析，针对目标高机动运动的特点，在多链协同无源定位中，不可能提前计算出其误差分布，通过建立误差分布与基本运动模型的对应关系，可在实际定位中较快的进行目标定位，同时减少目标运动对定位误差的影响。

四、结束语

本文通过分析具体目标高速运动方式，在时差定位中，根据目标运动特点对目标高机动进行模拟，目标运动对误差的影响进行分析，有效的分析了工程实践中目标机动运动对无源定位误差的影响，通过实验分析了误差分布规律，有效的为工程实际提供依据。在实践中，在目标急转弯时应该对目标误差进行多站修正，否则可能导致误差过大。在目标运动速度越快，这种误差越明显，在目前情况下，除采用更精密的仪器测量误差外，仅能多增加观测站来提高精度。在后续工作中，对目标复合机动以及目标机动情况下，对布站的影响等需要通过反复观测目标完成其定位。在工程定位中，由于目标位置未知，因此最优模型的选择比较困难，但是可通过建立误差与运动的分布表进行快速模型定位完成最优模型的选择。

参 考 文 献

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