一种三角基线定位方法及设备

技术领域

本发明涉及测向定位技术领域，更为具体的，涉及一种三角基线定位方法及设备。

背景技术

测向定位技术成熟，依靠单站即可完成对目标的定位解算，实现代价小，广泛使用于频谱监测、情报侦察和遥感等系统中。对于干涉仪系统应用，通过两维正交基线测量目标信号的入射俯仰角β

决定定位精度的因素包括目标方位角β

基于测向结果的定位技术国内外已有广泛的研究，主要包括三类方法。第1种是基于WGS-84坐标系的干涉仪定位方法，利用视线交叉定位来确定目标位置(见文献：基于WGS-84模型的单星DOA定位方法，杨斌，张敏，李立萍；航天电子对抗，2009)。该方法通过正交的方位维与俯仰维基线分别测量目标方位角与俯仰角，再求解方位维曲面、俯仰维曲线以及地球模型的交点完成定位，但未考虑目标当地卯酉圈半径随纬度的变化情况，必然给定位带来误差。第2种同样是基于WGS-84坐标系的视线交叉定位方法，但考虑了不用纬度地区卯酉圈半径差异(见文献：基于WGS-84地球模型的单星测向定位方法，郭福成；宇航学报，2011)。该方法采用了一种基于迭代的定位技术，进一步提升定位精度，但采用的是基于正交基线的干涉仪系统，未能解决其入射角测量精度与方位、俯仰交线构型之间最佳匹配的问题。第3种是基于地心坐标系的定位方法，利用球面几何方法求解地面目标的地理经纬度(见文献：星载平台地面目标测向定位仿真研究，田明辉，方青，钮俊清；雷达科学与技术，2012)。该方法通过先计算目标地心角，再计算目标经纬度，计算过程只考虑了星下点的本地地球半径，对于小角度入射目标定位精度高，但大角度入射目标位置与星下点偏离较大，导致额外的定位误差。

总的来说，现有测向定位技术都是基于两个正交维度基线测量的入射角结果进行定位解算，存在测向精度与入射角锥面交线不匹配的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三角基线定位方法及设备，在不同入射角度定位精度均优于正交基线定位结果，最高定位精度提升约20％等。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种三角基线定位方法，包括以下步骤：

建立基于等边三角形的基线组合，对目标进行三个维度入射角测量；

根据不同入射角度选择测角精度与定位交线匹配度最佳的两维入射角，基于地球模型完成定位解算。

进一步地，所述地球模型包括WGS84地球模型。

进一步地，所述建立基于等边三角形的基线组合，对目标进行三个维度入射角测量，包括子步骤：

3个天线单元A、B、C采用等边三角形布局，构成3条夹角60°的等长基线BA、AC、CB；

定义矢量

测量目标入射角β

进一步地，所述测量目标入射角β

定义在卫星本体坐标系中，基线单位矢量

根据干涉仪定义，入射角β

结合式(2)和(3)可得：

其中λ为信号波长，d为基线长度，

对于三角基线，单位基线矢量

设目标位置T(x,y,z)，a为地球长半轴，e为地球曲率，可得：

进一步地，所述根据不同入射角度选择测角精度与定位交线匹配度最佳的两维入射角，基于地球模型完成定位解算，包括子步骤：

步骤1：从三条基线测量的入射角β

步骤2：当目标入射偏转角

步骤3：由选择的两个入射角度β

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解方程可得：

其中，A＝k

步骤4：将入射单位矢量

步骤5：设WGS-84坐标系下目标的位置(x

由上式可得Lt

解方程可得T后，由式(7)可计算得到目标的位置(x

一种三角基线定位设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时并执行如上任一项所述的方法。

本发明的有益效果包括：

本发明对所采用的基线组合进行改进，提出了一种基于三角基线的测向定位新方法。

本发明提出的三角基线定位方法，通过调整传统基线的正交构型，设计了等边三角形天线单元布局，形成三条独立基线，根据目标不同入射角度，选择不同基线组合定位，可以同时实现两维高精度测向和最佳交线构型。采用本发明的三角基线定位技术方案，在不同入射角度定位精度均优于正交基线定位结果，最高定位精度提升约20％，故这是一种高精度干涉仪测向定位方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为干涉仪测向定位原理示意图；

图2为方位角、俯仰角测量精度对定位精度的影响；

图3为方位角、俯仰角锥面与地球曲面交线构型对定位精度的影响；

图4为三角基线阵列构型；

图5为三角基线定位原理示意图；

图6为β

图7为正交基线与三角基线定位误差对比。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

本发明实施例的目的是为了解决干涉仪系统两个入射角测量精度与定位交线匹配的问题，在同样的阵元数量和布阵口径下，得到更高的定位精度。核心构思之一在于建立基于等边三角形的基线组合，对目标进行三个维度入射角测量。根据不同入射角度选择测角精度与定位交线匹配度最佳的两维入射角，基于WGS84地球模型完成定位解算，进一步提升干涉仪系统定位精度。

正交基线测向定位系统对于任意区域入射的目标信号，无法同时满足两维高精度测向和最佳交线构型。三角基线定位技术调整了基线的正交构型，根据目标不同入射角度，选择不同基线组合，同时实现两维高精度测向和最佳交线构型，在相同基线长度下提高系统定位精度。

三角基线定位技术调整了基线的正交构型，3个天线单元A、B、C采用等边三角形布局，构成3条夹角60°的等长基线BA、AC、CB，如图4所示。

定义矢量

测量目标入射角β

根据入射矢量和基线矢量关系可得：

定义在卫星本体坐标系中，基线单位矢量

根据干涉仪定义，入射角β

结合式(2)和(3)可得：

其中λ为信号波长，d为基线长度，

对于三角基线，单位基线矢量

设目标位置T(x,y,z)，a为地球长半轴，e为地球曲率，可得：

利用本发明实现定位计算的步骤如下所示：

步骤1：从三条基线测量的入射角β

步骤2：当目标入射偏转角

步骤3：由选择的两个入射角度β

解方程可得：

其中，A＝k

步骤4：将入射单位矢量

步骤5：设WGS-84坐标系下目标的位置(x

由上式可得Lt

解方程可得t后，由式(7)可计算得到目标的位置(x

利用本发明的测向方法，经过1000次蒙特卡洛实验统计了最长基线2米，信号频率3GHz，系统相位误差15°均方根的条件下，与传统正交基线干涉仪对比，如图7所示，定位精度最高提升20％。

以卫星500km轨道高度对目标的侦收为例，基于以下条件，说明星载三角基线定位方法。

表1.三角基线定位条件

首先按照图4将侦收天线布置为三角基线，可得单位基线矢量

选择测量的β

由式(1)可得入射单位矢量

根据式(7)，首先计算得到t＝1824.3km，最终计算目标的位置(x

需要说明的是，在本发明权利要求书中所限定的保护范围内，以下实施例均可以从上述具体实施方式中，例如公开的技术原理，公开的技术特征或隐含公开的技术特征等，以合乎逻辑的任何方式进行组合和/或扩展、替换。

实施例1

一种三角基线定位方法，包括以下步骤：

建立基于等边三角形的基线组合，对目标进行三个维度入射角测量；

根据不同入射角度选择测角精度与定位交线匹配度最佳的两维入射角，基于地球模型完成定位解算。

实施例2

在实施例1的基础上，所述地球模型包括WGS84地球模型。

实施例3

在实施例1的基础上，所述建立基于等边三角形的基线组合，对目标进行三个维度入射角测量，包括子步骤：

3个天线单元A、B、C采用等边三角形布局，构成3条夹角60°的等长基线BA、AC、CB；

定义矢量

测量目标入射角β

实施例4

在实施例3的基础上，所述测量目标入射角β

定义在卫星本体坐标系中，基线单位矢量

根据干涉仪定义，入射角β

结合式(2)和(3)可得：

其中λ为信号波长，d为基线长度，

对于三角基线，单位基线矢量

设目标位置T(x,y,z)，a为地球长半轴，e为地球曲率，可得：

实施例5

在实施例1的基础上，所述根据不同入射角度选择测角精度与定位交线匹配度最佳的两维入射角，基于地球模型完成定位解算，包括子步骤：

步骤1：从三条基线测量的入射角β

步骤2：当目标入射偏转角

步骤3：由选择的两个入射角度β

解方程可得：

其中，A＝k

步骤4：将入射单位矢量

步骤5：设WGS-84坐标系下目标的位置(x

由上式可得Lt

解方程可得T后，由式(7)可计算得到目标的位置(x

实施例6

一种三角基线定位设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时并执行如实施例1～实施例5任一项所述的方法。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种可选实现方式中提供的方法。

作为另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现上述实施例中所述的方法。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。