空中观测平台对海面慢速目标单站无源定位跟踪及其关键技术研究

在越来越强调军事支援系统隐蔽攻击和硬杀伤的趋势下，采用被动方式工作的无源定位方法作为定位方法发展的一个重要方向和对现有定位系统的完善，较有源定位方法具有作用距离远、隐蔽接收、不易被对方发觉的优点，对于提高系统在电子战环境下的生存能力和作战能力具有重要作用，同时在航海、航空、宇航、侦察、测控、救援和地球物理学研究中有着广阔的应用前景。 传统的单站无源定位方法总的来说具有定位时间较长、定位精度较低的特点，并且定位精度对方向测量误差非常敏感，在客观上对测量设备提出了较高的要求。因此探索高精度、高速度的定位方法就成为单站无源被动定位技术研究的必然趋势。就这一趋势而言，相位差变化率方法是一种发展前途较好的单站无源被动定位方法。本文面向快速运动的空中观测平台对海面慢速运动目标定位的特定应用背景，利用相位差变化率方法进行了单站无源定位体制和关键技术的理论研究。全文共分七章： 第一章综述了单站无源定位跟踪的研究现状，介绍了国外现有的几种单站无源定位实验系统，对比评述了现有的单站无源定位跟踪方法，指出了各自的优缺点。 第二章详细介绍了利用相位差变化率方法进行空中对海面单站无源定位的基本原理，给出了定位表达式，仿真结果验证了定位原理的有效性。本章还针对该无源定位问题进行了可观测性分析和单次定位随机误差分析，给出了分析结果。 第三章探讨了相位干涉仪所测相位差数据的解模糊问题。文中首先分析了特定应用背景下相位干涉仪测量数据出现模糊的原因，接下来提出了两种可能的解决方法，详细介绍了每种方法的解模糊原理、操作过程以及正确解模糊操作对参数测量精度和设备安装的要求，据此对这两种解模糊方法做出了取舍选择。 第四章研究了解模糊相位差数据的平滑及其变化率数据的获取问题。文中首先列出了三种方法试图解决这两个问题，并根据有关的仿真结果对这三种方法进行了取舍，选定了kalman滤波方法。文中还针对低信噪比下观测平台非连续接收目标辐射信号的情况进行了仿真实验，结果表明为了提高利用相位差变化率方法进行无源定位的精度，我们应尽可能对目标辐射信号进行连续接收并改善接收信号的信噪比。 第五章针对目标运动速度未知的实际情况，建立了修正增益扩展卡尔曼滤波算法(MGEKF)，逐步估计出目标的运动速度，从而尽可能准确地定出目标位置。文中详细介绍了MGEKF滤波方程的推导过程，仿真结果验证了这一处理算法在目标固定不动和目标以某一速度匀速运动两种情况下的有效性。MGEKF算法对复杂目标运动情况还具有可扩展性。 第六章研究了观测平台的飞行姿态变化对测距定位的影响，给出了在机载观测平台发生飞行姿态变化情况下定位求解的两种思路。仿真结果验证了这两种求解思路的有效性。 第七章总结了全文的研究工作，并对未来的研究方向进行了展望。