一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法，通過采用多主動雷達(dá)對物體交匯定位的方法，利用平臺的位置信息和雷達(dá)的測距信息建立空間解析幾何模型，通過求解方程組直接解算出物體點(diǎn)的大地坐標(biāo)系位置信息，不涉及傳統(tǒng)方法中利用時(shí)間差求解高次方程組和迭代初值的問題，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度，并顯著提高了定位精度；解決了目前機(jī)載主動雷達(dá)受載機(jī)姿態(tài)和雷達(dá)測角信息影響較大、基于輻射源的多雷達(dá)無源定位對物體的輻射源有要求等問題，實(shí)現(xiàn)對地面靜止物體和慢速移動物體的高精度定位。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法
本專利技術(shù)涉及一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法，尤其涉及一種基于多主動雷達(dá)組網(wǎng)通過對物體的測距信息對地面物體進(jìn)行定位解算的方法，屬于物體探測

技術(shù)介紹
對地面物體的高精度定位，在諸多民用系統(tǒng)中具有極其重要的意義，可以為物體提供可靠的服務(wù)，起到安全保障作用。目前的機(jī)載雷達(dá)對地面物體的定位方法主要包括以下兩種：單個(gè)主動雷達(dá)定位、基于輻射源的多雷達(dá)協(xié)同無源定位。其中機(jī)載單個(gè)主動雷達(dá)定位是通過測量物體相對于飛機(jī)的方位角、俯仰角和距離，輔以飛機(jī)的位置信息實(shí)現(xiàn)對物體的定位；基于輻射源的多雷達(dá)無源定位通過多個(gè)雷達(dá)組網(wǎng)接收輻射源信號源到達(dá)各機(jī)載被動雷達(dá)接收機(jī)之間的時(shí)間差以及飛機(jī)的位置信息來最終確定物體的位置。單個(gè)主動雷達(dá)定位精度易受平臺的位置參數(shù)、平臺的姿態(tài)信息、雷達(dá)測角信息、雷達(dá)測距信息等多個(gè)因素影響，特別是平臺的姿態(tài)誤差和雷達(dá)的測角信息受外部環(huán)境的影響較大難以實(shí)現(xiàn)對物體的精確定位。基于輻射源的多雷達(dá)無源定位僅與平臺的位置信息、輻射源到雷達(dá)的時(shí)間及各平臺的時(shí)間同步相關(guān)，該方法具有作用距離遠(yuǎn)，隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法要求跟蹤物體必須輻射相應(yīng)的電磁波，對無輻射源物體或者雷達(dá)靜默的物體無法實(shí)現(xiàn)定位。本專利技術(shù)采用多個(gè)機(jī)載主動雷達(dá)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對地面物體的定位，該方法的解算結(jié)果僅與平臺位置信息、雷達(dá)測距信息和平臺的時(shí)間同步相關(guān)，與平臺的姿態(tài)和雷達(dá)的測角信息無關(guān)，其定位原理與基于輻射源的多雷達(dá)無源定位原理相似定位的精度較高，且對自身沒有輻射源的物體也可以高精度定位，目前該方法還未見報(bào)道。目前，國內(nèi)的機(jī)載主動雷達(dá)定位都是基于單個(gè)機(jī)載雷達(dá)，通過載機(jī)的導(dǎo)航信息和雷達(dá)的測量信息解算物體的位置，如《雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)》2011年第1期第9卷發(fā)表的“機(jī)載雷達(dá)探測精度評估方法研究”對載機(jī)的導(dǎo)航誤差(載機(jī)的定位精度、姿態(tài)角誤差)和機(jī)載雷達(dá)本身的量測誤差(距離誤差、方位角誤差和俯仰角誤差)在機(jī)載雷達(dá)探測數(shù)據(jù)在不同坐標(biāo)系中的影響進(jìn)行系統(tǒng)分析。國內(nèi)的機(jī)載多雷達(dá)協(xié)同定位都是基于物體是有輻射源的無源定位，通過解算物體到多個(gè)機(jī)載雷達(dá)之間的時(shí)差實(shí)現(xiàn)定位，如《電子信息對抗技術(shù)》2012年第4期發(fā)表的“一種機(jī)載無源雷達(dá)組網(wǎng)定位技術(shù)”一文，主要提出了一種戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載無源雷達(dá)協(xié)同組網(wǎng)測時(shí)差定位的策略，分析了影響多機(jī)協(xié)同高度假設(shè)測時(shí)差定位算法的定位精度的因素，該文章是對多個(gè)機(jī)載被動雷達(dá)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對地面物體進(jìn)行定位的算法進(jìn)行研究，解決的是基于有輻射源物體的高精度定位問題，沒有涉及到主動雷達(dá)組網(wǎng)對物體定位算法的研究。上述的研究內(nèi)容和成果與本專利技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法不同，與本專利技術(shù)的權(quán)利要求沒有沖突。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法，該方法解決了目前機(jī)載主動雷達(dá)受載機(jī)姿態(tài)和雷達(dá)測角信息影響較大、基于輻射源的多雷達(dá)無源定位對物體的輻射源有要求等問題，實(shí)現(xiàn)對地面靜止物體和慢速移動物體的高精度定位。本專利技術(shù)的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法，包括如下步驟：步驟(一)、采用三架無人機(jī)對同一地面物體進(jìn)行搜索，將首先搜索到所述地面物體的無人機(jī)定義為主機(jī)，主機(jī)根據(jù)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)、對物體的測距值和對物體的測角值解算出所述地面物體的位置坐標(biāo)S0，并將位置坐標(biāo)S0發(fā)送給其余兩架無人機(jī)，其余兩架無人機(jī)根據(jù)位置坐標(biāo)S0對所述地面物體進(jìn)行搜素，當(dāng)搜索到地面物體后，其余兩架無人機(jī)將對地面物體的測距值和無人機(jī)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)發(fā)送給主機(jī)；步驟(二)、設(shè)主機(jī)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)為P1(x1,y1,z1)、其余兩架無人機(jī)自身的位置坐標(biāo)分別為P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3)，主機(jī)對地面物體的測距值為r1，其余兩架無人機(jī)對地面物體的測距值分別為r2,r3，求解地面物體的位置坐標(biāo)S(x,y,z)，具體方法如下：令：其中d1,d2,d3均為中間變量，無含義；X,Y,Z均為中間變量，無含義；a1b1,c1,a2,b2,c2均為中間變量，無含義；結(jié)合式(1)和式(2)可以得到：d1＝X2+Y2+Z2(3)d2＝(X-a1)2+(Y-b1)2+(Z-c1)2(4)d3＝(X-a2)2+(Y-b2)2+(Z-c2)2(5)令式(3)減去式(4)得到式(7)，式(3)減去式(5)得到式(8)：d1＝X2+Y2+Z2(3)d1-d2+a12+b12+c12＝2a1X+2b1Y+2c1Z(7)d1-d3+a22+b22+c22＝2a2X+2b2Y+2c2Z(8)令D2＝(d1-d2+a12+b12+c12)/2,D3＝(d1-d3+a22+b22+c22)/2，則上式變?yōu)椋篸1＝X2+Y2+Z2(3)D2＝a1X+b1Y+c1Z(10)D3＝a2X+b2Y+c2Z(11)其中D2,D3均為中間變量，無含義；聯(lián)立式(10)和式(11)可以得出如下公式：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z(12)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z(13)令m1，m2，n1，n2滿足：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z＝m1+n1Z(14)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z＝m2+n2Z(15)其中m1，m2，n1，n2均為中間變量，無含義；將式(14)和式(15)代入式(3)可以得到：d1＝(m1+n1Z)2+(m2+n2Z)2+Z2(16)將上式整理得：(1+n12+n22)Z2+(2m1n1+2m2n2)Z+(m12+m22-d1)＝0(17)令β＝1+n12+n22,δ＝2m1n1+2m2n2,u＝m12+m22-d1解得：其中β,δ,u均為中間變量，無含義；舍去Z為負(fù)數(shù)的值，將Z的值分別代入式(12)和式(13)即可解得X，Y的值，根據(jù)式(2)進(jìn)一步解算出地面物體的坐標(biāo)S(x,y,z)。在上述機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法中，無人機(jī)上加裝探測載荷為主動單脈沖雷達(dá)；無人機(jī)的自身位置坐標(biāo)通過GPS測量得到；其余無人機(jī)向主機(jī)通過機(jī)載數(shù)據(jù)鏈傳輸自身的位置坐標(biāo)和對地面物體的測距值；三架無人機(jī)的時(shí)間同步通過GPS授時(shí)實(shí)現(xiàn)。在上述機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法中，三架無人機(jī)自身的位置坐標(biāo)和對地面物體的測距值均為同一時(shí)刻的測量值。在上述機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法中，步驟(一)中若兩架無人機(jī)同時(shí)搜索到地面物體，定義其中一架無人機(jī)為主機(jī)，主機(jī)根據(jù)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)、對地面物體的測距值和對地面物體的測角值解算出所述地面物體的位置坐標(biāo)S0，并將位置坐標(biāo)S0發(fā)送給未搜索到地面發(fā)現(xiàn)物體的無人機(jī)，所述未搜索到地面發(fā)現(xiàn)物體的無人機(jī)根據(jù)位置坐標(biāo)S0對地面物體進(jìn)行搜素，搜索到地面物體后將無人機(jī)對地面物體的測距值和無人機(jī)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)發(fā)送給主機(jī)；同時(shí)另外一架搜索到地面物體的無人機(jī)也將對地面物本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟(一)、采用三架無人機(jī)對同一地面物體進(jìn)行搜索，將首先搜索到所述地面物體的無人機(jī)定義為主機(jī)，主機(jī)根據(jù)在WGS?84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)、對物體的測距值和對物體的測角值解算出所述地面物體的位置坐標(biāo)S0，并將位置坐標(biāo)S0發(fā)送給其余兩架無人機(jī)，其余兩架無人機(jī)根據(jù)位置坐標(biāo)S0對所述地面物體進(jìn)行搜素，當(dāng)搜索到地面物體后，其余兩架無人機(jī)將對地面物體的測距值和無人機(jī)在WGS?84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)發(fā)送給主機(jī)；步驟(二)、設(shè)主機(jī)在WGS?84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)為P1(x1，y1，z1)、其余兩架無人機(jī)自身的位置坐標(biāo)分別為P2(x2，y2，z2)，P3(x3，y3，z3)，主機(jī)對地面物體的測距值為r1，其余兩架無人機(jī)對地面物體的測距值分別為r2，r3，求解地面物體的位置坐標(biāo)S(x，y，z)，具體方法如下：(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=r12(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=r22(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2=r32---(1)]]>令：d1=r12,d2=r22,d3=r32;X=x-x1,Y=y-y1,Z=z-z1;a1=x2-x1,b1=y2-y1,c1=z2-z1;a2=x3-x1,b2=y3-y1,c2=z3-z1;---(2)]]>其中d1，d2，d3均為中間變量，無含義；X，Y，Z均為中間變量，無含義；a1b1，c1，a2，b2，c2均為中間變量，無含義；結(jié)合式(1)和式(2)可以得到：d1＝X2+Y2+Z2?????????????(3)d2＝(X?a1)2+(Y?b1)2+(Z?c1)2????????????????(4)d3＝(X?a2)2+(Y?b2)2+(Z?c2)2????????????(5)令式(3)減去式(4)得到式(7)，式(3)減去式(5)得到式(8)：d1＝X2+Y2+Z2????????????(3)d1?d2+a12+b12+c12＝2a1X+2b1Y+2c1Z?????????(7)d1?d3+a22+b22+c22＝2a2X+2b2Y+2c2Z?????(8)令D2＝(d1?d2+a12+b12+c12)/2，D3＝(d1?d3+a22+b22+c22)/2，則上式變?yōu)椋篸1＝X2+Y2+Z2????????(3)D2＝a1X+b1Y+c1Z?????????(10)D3＝a2X+b2Y+c2Z????????(11)其中D2，D3均為中間變量，無含義；聯(lián)立式(10)和式(11)可以得出如下公式：X＝(b2D2?b1D3)/(b2a1?a2b1)+(b1c2?c1b2)/(b2a1?a2b1)Z???(12)Y＝(a2D2?a1D3)/(a2b1?b2a1)+(a1c2?c1a2)/(a2b1?b2a1)Z???(13)令m1，m2，n1，n2滿足：X＝(b2D2?b1D3)/(b2a1?a2b1)+(b1c2?c1b2)/(b2a1?a2b1)Z＝m1+n1Z???(14)Y＝(a2D2?a1D3)/(a2b1?b2a1)+(a1c2?c1a2)/(a2b1?b2a1)Z＝m2+n2Z???(15)其中m1，m2，n1，n2均為中間變量，無含義；將式(14)和式(15)代入式(3)可以得到：d1＝(m1+n1Z)2+(m2+n2Z)2+Z2??????????(16)將上式整理得：(1+n12+n22)Z2+(2m1n1+2m2n2)Z+(m12+m22?d1)＝0???(17)令β＝1+n12+n22，δ＝2m1n1+2m2n2，u＝m12+m22?d1解得：Z=-δ±δ2-4βu2β---(18)]]>其中β，δ，u均為中間變量，無含義；舍去Z為負(fù)數(shù)的值，將Z的值分別代入式(12)和式(13)即可解得X，Y的值，根據(jù)式(2)進(jìn)一步解算出地面物體的坐標(biāo)S(x，y，z)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種機(jī)載多主動雷達(dá)測距的地面物體高精度定位方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟(一)、采用三架無人機(jī)對同一地面物體進(jìn)行搜索，將首先搜索到所述地面物體的無人機(jī)定義為主機(jī)，主機(jī)根據(jù)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)、對物體的測距值和對物體的測角值解算出所述地面物體的位置坐標(biāo)S0，并將位置坐標(biāo)S0發(fā)送給其余兩架無人機(jī)，其余兩架無人機(jī)根據(jù)位置坐標(biāo)S0對所述地面物體進(jìn)行搜素，當(dāng)搜索到地面物體后，其余兩架無人機(jī)將對地面物體的測距值和無人機(jī)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)發(fā)送給主機(jī)；步驟(二)、設(shè)主機(jī)在WGS-84坐標(biāo)系中自身的位置坐標(biāo)為P1(x1,y1,z1)、其余兩架無人機(jī)自身的位置坐標(biāo)分別為P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3)，主機(jī)對地面物體的測距值為r1，其余兩架無人機(jī)對地面物體的測距值分別為r2,r3，求解地面物體的位置坐標(biāo)S(x,y,z)，具體方法如下：令：其中d1,d2,d3均為中間變量，無含義；X,Y,Z均為中間變量，無含義；a1b1,c1,a2,b2,c2均為中間變量，無含義；結(jié)合式(1)和式(2)可以得到：d1＝X2+Y2+Z2(3)d2＝(X-a1)2+(Y-b1)2+(Z-c1)2(4)d3＝(X-a2)2+(Y-b2)2+(Z-c2)2(5)令式(3)減去式(4)得到式(7)，式(3)減去式(5)得到式(8)：d1＝X2+Y2+Z2(3)d1-d2+a12+b12+c12＝2a1X+2b1Y+2c1Z(7)d1-d3+a22+b22+c22＝2a2X+2b2Y+2c2Z(8)令D2＝(d1-d2+a12+b12+c12)/2,D3＝(d1-d3+a22+b22+c22)/2，則上式變?yōu)椋篸1＝X2+Y2+Z2(3)D2＝a1X+b1Y+c1Z(10)D3＝a2X+b2Y+c2Z(11)其中D2,D3均為中間變量，無含義；聯(lián)立式(10)和式(11)可以得出如下公式：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z(12)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z(13)令m1，m2，n1，n2滿足：X＝(b2D2-b1D3)/(b2a1-a2b1)+(b1c2-c1b2)/(b2a1-a2b1)Z＝m1+n1Z(14)Y＝(a2D2-a1D3)/(a2b1-b2a1)+(a1c2-c1a2)/(a2b1-b2a1)Z＝m2+n2Z(15)其中m1，m2，n1，n2均為中間變量，無含義；將式(14)和式(15)代入式(3)可以得到：d1＝(m1+n1Z)2+(m2+n2Z)2+Z2(16)將上式整理得：(1+n12+n22)Z2+(2m1n1+2m2n2)Z+(m12+m22-d1)＝0(17)令β＝1+n12+n22,δ＝2m1n1+2m2n2,u＝m12+m22-d1解得：其中β,δ,u均為中間變量，無含...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顧鑫，王華，張堯，李瀟，費(fèi)智婷，姜鵬，鄧志均，岑小鋒，
申請(專利權(quán))人：中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11