您好、欢迎来到现金彩票网!
当前位置:秒速快三开奖 > 双机协同 >

双机协同定位误差分析的研究

发布时间:2019-06-16 09:01 来源:未知 编辑:admin

  2012年6月电光与控制 Electron/cs Optics&Control VoLl9 No.6 June 2012 双机协同定位误差分析的研究 (空军工程大学工程学院,西安710038)摘要:测向交叉定位技术是协同定位常用方法,针对双机协同测向交叉定位算法及其定位精度进行理论研究和仿 真分析。首先给出了交叉定位造成的模糊压的计算方法,并进行仿真;而后重点对测向定位精度进行分析,给出定位 算法和误差计算公式,并针对不同栽机间距和间距误差、测角误差下的目标GDOP的分布进行了仿真分析。仿真结果 表明,定位误差随着间距误差、测角误差的增大而增大,随着双机问距的增大先减小而后增大。 关键词:交叉定位;双机协同;模糊区;定位精度;误差分析 中图分类号:V271.4;TB556 文献标志码:A 文章编号:1671—637X【2012)06—0021—05 Error Analysis Dual-AircraftCooperative Locating ZHU Jianhui. FANG Yangwang, ZHANG Ping UWangxi (Engineering InstituteAir Force Engineering University)(i‰710038,China) Abstract:Locating based arrivalmeasurement fundamentalmethod cooperativelocating。The algorithm Crosslocating were analyzed.Firstlya method locationalambiguity region givenandsimulation made.Thentheaccuracy CROSSlocating Was aI】Ialyzed'the locating algorithm errorcalculating formlllas were百ven.Simulations were made distributionof"target GDOP differentdistance between two aircraftsdifferent aircrafts interval elror be撕ngerror. Simulation results show locatingelTor increases aircraftsinterval elror be“ngerrorbut distancebetween two aircrafts increaseit decreasefirstly increase.Key words:cross location;du'd-aircraft cooperation;location ambiguity region;locational accuracy;ell'or ana/yzing 0引言 测向交叉定位是利用多个观测器在同一时间对同 一目标测得的方位角信息,对目标进行交叉定位的一 种定位技术。由于其较单站定位具有明显的优势,目 前已得到广泛的研究和应用,由于多种因素影响,其定 位精度有限“。因此,研究目标的协同测向定位对改 善目标的定位精度具有重要意义。 文献[2]中,针对雷达超远距离目标的定位问题进 行了新的算法研究,研究了在球体坐标系下的定位模糊 区和圆概率误差;文献[3]通过对不同布站方式的侦察 定位进行研究,给出了最大定位误差和实现最小定位误 差的条件;文献[4]针对三维多站的测向定位算法,推算 了基本定位方法的误差模型,并提出用泰勒级数法结合 最小二乘的思想交叉定位的方法。在空中,载机对目标 进行定位时,载机与目标的相对高度差要远远小于两者 之间的距离,因此。可将对目标的定位视作二维上的交 叉定位。本文主要围绕二维双机协同交叉定位算法,以 及对定位的模糊区和定位误差进行分析和研究。 1测向定位的求解 设两架载机0,(z,,Y.)、02(茹:,扎)分别对目标r 进行探测,测得的方位角分别为区如,载机0:相对于 载机0。的方位角为岛,建立坐标系旧。如图1所示。 y测向交叉定位基本原理』泉l Basic diagram CROSShwation 万方数据 22 电光与控制 第19卷 解上述两式可得目标r的坐标为rY2一扎+(茹】tan芦l+舅2tan及) rtan&鬻taI+n淼咱懈tan tan区 1y。 JB2+,,: 区L7tan/3l+lan照 由上式可以得出如下结论。 1)tan卢,、tan卢:不能同时为0,/3。=届%竹,即当 目标在两机之间或者两机的延长线上时,将无法对目 标进行联合测向交叉定位。 2)在上式中,当卢。或卢:为订/2时,无解,因而无 法进行定位。而在实际应用中,这是很有可能存在的。 下面将对当/3,或卢:为们时的定位算法进行讨论。 当卢。=们,J92at/2时,此时0.T将垂直于x 轴,此时目标的坐标为 』。----Xl f41 ‘’当区#w/2,岛=at/2时,此时皱r将垂直于x轴,此时目标的坐标为 iy:(2屯飞)tan区 2定位模糊区分析如果空中两载机的位置准确无误,而且测向设备 对目标辐射源测向时没有误差,则依第1节所述的交 叉定位方法,得到的交叉位置就是目标的真实位置,没 有定位误差。 但实际上,载机的坐标定位以及对目标测向所得 角度都不可避免存在误差,因此定位误差亦不可避免 地存在。以测角误差5 mrad为例,当目标在(80 km, 50 km)时的模糊区面积达到3.8365 km2。 假设两架载机装备相同的测角设备,载机测角设备 的最大测向误差均为p一,则真实的角度分别位于以 卢。p:为中心,p一扇形区域范围内,如图2所示。 图2测向定位造成的定位模糊区 Fig.2 Loeafivnal ambiguity ETOs¥location目标的真实位置应在位于两扇形区域相交的四边 形阴影区域中,由于测向误差是4-口一范围内的任意 值,因此目标就可能出现在四边形ABCD区域内的任 何一个位置上。由于无法确定目标在此四边形ABCD 区域中的真实具体位置,因此称四边形区域ABCD为 定位模糊区。 定位模糊区的大小是决定定位精度高低的一个重 要指标,若四边形ABCD的面积越小,则说明定位精度 越高。 在载机位置已知的情况下,分别用卢。筇一书: 卢~代替卢。、尼,可以得到4条虚线的解析表达式为 同时,也可以分别求出4点的坐标A(x.,扎)、 9,90995 10lO脚10 10 t0.15 10,20 图3目标位于(10km,20 km)的模糊区 Fig.3 Iax:ation'al ambiguity resi..when target locatedat(10 km,20 km) 目标位于(40km,30 km)的模蝴区 Fig.4 Location'd ambiguity reg]oll when target hx:aledat(40 km,30 km) 朱剑辉等:双机协同定位误差分析的研究23 目标位于(60km,40 km)的模糊区 Fig.5 Locational ambiguity region when target locatedat(60 km,40 kra) 目标位于(80km,50 km)的模糊区 Fig.6 Locational ambiguity region when target locatedat(80 km,50 km) .分析当目标位于不同位置时,定位模糊区发生的变 km,5km),载机2的坐标为 (30 km,15 km),测角误差为5 mrad。目标的坐标分别 为(10 km,20 ktn)、(40 kin,30 km)、(60 km,40 km)、 (80 km,50 km)时,可以分别得到4个不同的模糊区(图 3一图6)。图中圆点表示目标真实位置,线条围成的区域 为定位模糊区,对其进行积分即可得到模糊区的面积。 由图3一图6可知,当目标位置为(10 km,20 km), 此时对应的模糊区面积为0.0215 km2;当目标位置为 (40 km,30 km),此时对应的模糊区面积为0.2935 km2; 当目标位置为(60 km,40 km),此时对应的模糊区面积 为1.1342 km2;当目标位置为(80 km,50 km),此时对应 的模糊区面积为3.8365 km2。由以上结果可知,当目标 距离载机的距离越来越大时,定位模糊区也会随着快 速增大。例如,当测角误差为5 mrad时,定位目标在 (80 km,50 km)时的模期区面积达到3.8365 km2。 在仿真中由于选取不同的目标坐标,就会产生不 同的卢。口:,由式(7)分析可知,崩、恳的变化影响着定 位模糊区的大小,参考文献[3]通过分析,得到当卢。= 卢:=at/3时,对应的定位模糊区为最小。 3定位精度分析 载机在空中飞行时,由于气流扰动或其他干扰时, 载机的空中位置存在有误差,但由第2节分析可知,定 位的精度也受到载机的位置影响。为了分析交叉定位 精度,本节对两机之间的距离及距离误差、测角误差造 成的定位误差进行分析。定位方法如图7所示。 yFig.7 Sketch map cmsslocation 如图7所示,以载机1为直角坐标系原点,目标r 与载机2相对于载机1的方位角为届、岛,载机2测得 的目标方位角为岛,两载机之间的距离为三,有 k—Lcos 8lsin(f12一卢3) Lsin届sin(flz一岛)【y2—忑蕊ji丁一 在两载机之问或者其延长线)无解,则在上述情况下无法定位。 对式(8)进行全微分得 式中,硝,鹾,雳,成为无误差的精确测量值。式(9)可以写为:dx=日dz,式中,日=f】; 令R=diag(矗,畦,%2,,盯:),P为定位误差的协 方差。则有 P=E{dXdX’}=HE{dZdZ7’=HRH7(12) 可得xy轴的定位精度为 (14)万方数据 24 电光与控制 第19卷 对于双机协同定位系统,其定位精度可以用空间 位置的均方根误差(RMS)表示,也称为定位精度的几 何分布(Geometrical Dilution (15)GDOP值越大,定位糖度越低;反之,则定位精度 越高。 4仿真分析 假设两载机装备相同的测向设备,测量误差服从零 均值的正态分布,且相互独立。载机1的坐标为(0 km, 0km),载机2的坐标为(3 km,4 km),两机之间的距离 km,距离误差盯。=0.05km;角度测量误差均 mrad,探测目标范围x轴(一100km, 100 km),Y轴(一100 km,100 km)。仿线为等高线曲线图,图中等高线上的数字即为 定位精度GDOP数值。 图8双机协同定位GI)OP分布【刳 Fig.8 Distribution map locationalGDOP twocooperated aircrafts 根据GDOP的分布图,可以将定位区域分为如下 3个区域。 1)不可定位区域。这主要分布在两载机之间或 者其延长线上,定位误差很大,精度很低,在此区间的 定位数据甚至不可用,足定位盲区。可以发现,越靠近 载机延长线)高精度区。在两载机附近,尤其是两载机的中 心延长线上及其两侧,定位精度较高,在中心延长线上 越靠近载机精度越高(不包含不可定位区间)。 3)低精度区。这主要是在离两载机较远的区域, 定位精度随着距离的增加而逐渐较小。 这与上节的分析相同,在载机之间及其延长线上, 目标不可探测;在两载机附近但不在延长线上,摸糊区 面积小,定位精度高;随着距离的增加,模糊区的面积 增加,定位精度随之降低。 4.1载机间距对定位精度的影响 假设载机1的位置不变,载机2的坐标为(6 km, 8km),载机问的距离为10 km,方位角的测角误差为 mrad,载机间距误差为O.05km,其余条件均 不变化,可得到此时系统的定位GDOP分布图,见图9。 km时定位GDOP分布图Fig.9 Distribution matp location'alGDOP when distancebetween two aircrafts 10km 对比图8和图9可知,随着载机问距的增大,定位 的高精度区域增大,系统总体定位精度提高。 载机间距增大的同时,定位误差能否一直减小? 为了研究载机间距与定位误差间的关系,假设载机1 的坐标为(O km,0 km),载机间距为L(5~100 km),载 机1与载机2的相对方位角卢3=arctan(4/3)保持不 0.8),研究目标位置为(一40 km,40 km)时,定位误差随间距变化的变化 曲线 载机间距压m 图Io定位误差随载机问距的变化曲线 The laljonal en讲vs distancehelwex-m two airrrafts 由图lO可以看出,定位误差随着双机之间的间距 先逐渐减小,当问距L=40 km时,定位误差最小,而后 随着间距的增大,误差亦随之增大。 4.2载机间距误差对定位精度的影响 假设载机l的坐标(0 km,0 km),载机2的坐标为 km4kra),载机间距离为5 km,距离误差为0.2 km, 方位角的测角误差为%=盯岛=5 mrad,其余条件均不 变化,可得到此时系统的定位GDOP分布图,如图11 所示。 X/km图11测角误差为0.01 rad时定位GDOP分布图 Fig.1 1Distribution map hx=ationalGDOP when angleobmrvation 0.0lrad 由图8和图11发现,载机间距误差的变化对定位 精度有一定的影响,但影响不是很大。当间距误差由 0.05 km增加到0.2 km后,高精度区的范围有所减小, 总体变化不大。 4.3测角误差对定位精度的影响 假设载机1的坐标(O km,0 km),载机2的坐标为 krn,4km),载机问距离为5 km,距离误差为o.05 km, 方位角的测角误差为%.=口k=10 mrad,其余条件均不 变化,可得到此时系统的定位GDOP分布图,见图12。 图12测角误差为0.01 tad口于定位GDOP分布图 Fig.12 Distribution map lccationalGDOP when elTOl"ofangle observation 0.01tad 由图8和图12发现,载机的测角精度对系统的定 位精度有着极大的影响,当设备的测角误差由5 mrad 增大至10 mrad后,整个探测区域的高精度区明显缩 减,不可探测区域增大,系统的整体定位精度下降。 吕《剿蝼趔删铡角误差/rad 图13定位误差随测角误差变化趋势图 Fig.13 The locational error vs error angleobservation 对定位精度有很大影响作用的测角误差,做进一 步分析。目标坐标为(一40 km,40 km),除测角误差值 外,均保持不变。由式(15)可以得到定位误差随测角 精度的变化曲线,其中测角误差的变化范 围为0.003—0.Ol rad。 所选目标位置(一40 km,40 ks)处于定位高精度 区,测角误差由0.003 rad变化到0.01 tad,定位误差增 大了5倍,对于处于低精度区的目标,其定位误差会增 加更多。 由此可知:定位误差随测角误差的增大而增大,双 机定位精度降低;随着测角误差的减小而减小,双机定 位精度提高。 由上述分析可知,提高载机问距离的测量精度、设 备的测角精度,都可以很好地提高系统的定位精度。 但提高测角误差精度对提升系统的整体定位效果影响 更大。 5总结 本文主要讨论了双机测向无源定位算法和定位模 糊区,研究了影响定位精度的因素。通过建立模型,分 析且标处于不同位置时的定位模糊区并进行仿真;对 测角定位的定位精度GDOP进行了仿真,并对不同的 载机间距、不同的距离误差和不同的测角精度下的定 位精度分布进行了仿真分析,并分析测角精度对定位 精度的影响情况。 仿真结果表明:目标定位精度与载机到目标距离、 载机间距、间距误差以及测角精度有关,定位精度随着 载机间距的增大先提高,当问距的增大到一定值时定 位精度达到最优,而后随着问距的增大而逐渐降低。 随着载机到目标距离、间距误差和测角误差的增大而 降低。因此在实际应用中,可以通过适当地增大两机 问距到达某一理想值,减小测角误差来提高系统的整 体定位精度,这为载机提高对目标定位精度提供了重 要参考依据。 参考文献 [1]刘钰.无源定位技术研究及其精度分析[D].西安:西 北工业大学,2005. [2]王智显,徐汉林.超远距离目标的交叉定位算法研究 [J].现代雷达.2008,30(12):39—43. 吕义东,周铭.基于MATLAB的双站交叉定位及其误差分析[J].实验科学与技术,2009,7(6):11—14. [4】李洪梅,陈培龙.三维多站测向交叉定位算法及精度 分析[J].指挥控制与仿线. 苌永娜等:基于月阵动态估计的自适应滤波算法31 (上接第7页) 5结论 本文采用构造已知战场威胁分布战场环境的骨架 化图,骨架图连续获取可飞行区域中轴线,清除初始骨 架图的毛刺、并行线及寄生成分得到简化而又较贴近 实际作战环境的规划搜索空间。利用威胁囤简化复杂 威胁空问,构建规避威胁的待选路径段,考虑雷达、对 空导弹、地形等威胁的具体信息,计算待选路径段的代 价值,形成初始点到终点的带值有向网络图,利用动态 规划算法计算、搜索初始点与目标点之间的最小代价 值航迹即初始优化路径。在此基础上进行航路缩短处 理,得到最优航迹。图形仿真证明,整体思路可行,算 法简单有效。 参考文献 [1】KEVIN BJ.Splined based path planning unmannedair vehicles[C]//AI从GuidanceNavigationand Control Conference Exhibit,6-9August 2001,Montreal Canada. 2001:254-257. [2]TIMOTHY WMeRANDAL WB.Trajectory planning coordinatedrendezvfor unmanned air vehicles[R AIAA2000-4370一cP2000. [3]张汗灵.MATLAB在图像处理中的应用[M].北京:清 华大学出版社,2008. [4]马云红,周德云.无人机路径规划算法与仿真[J].火 力与指挥控制,2007,32(6):32-36. [5]符小卫,高晓光.一种元人机路径规划算法研究[J]. 系统仿线]张洪钺,王青.最优控制理论与应用[M].北京:高等 教育出版社,2006. [7]范洪达,马向玲,叶文.飞机低空突防航路规划技术 [M].北京:国防工业出版社,2007. [8]穆中林,无人机突防航路规划方法研究[D].西安:空 军工程大学,2007. [9】徐正军,唐硕。基于改进遗传算法的飞机航迹规划 【J].宇航学报,2008,29(5):1540.1544. [10]冯琦.无人作战飞机任务分配及路径规划研究[D]. 西安:西北工业大学,2004. [11]冈萨雷斯.数字图像处理(Madab版)[M].北京:电 子工业出版社,2005. (上接第25页) 黄剑伟,王昌明.一种改进的测向交叉定位方法[J],航天电子对抗,2008,24(4):51-54. [6]HO KCXU W.An accurate algebraic solution moving80IireC location using TDOA FDOAmeasurealents [C]//IEEE Transaction orl Signal Processing2009,52: 2453-4463. [M].北京:国防工业出版社,2008.【8]刘尚福,许涛.无源定位误差试验的仿真分析[J].舰 船电子对抗,2009。32(4):99-101. [9]廖海军.一种新的测向交叉定位算法[J].电光与控 制,2008,15(9):29-31. [JO] 熊伟,王瑞,李智.纯测角无源定位跟踪算法研究 [J].装备指挥技术学院学报,2009,20(10):72-76. [11]王本才,何友,王国宏,等.双站无源均值定位算法精 度分析[J].四川兵工学报,2010,31(4):78-81. 万方数据

http://cellmall.net/shuangjixietong/200.html
锟斤拷锟斤拷锟斤拷QQ微锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷微锟斤拷
关于我们|联系我们|版权声明|网站地图|
Copyright © 2002-2019 现金彩票 版权所有