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外辐射源时差定位系统最优布站与跟踪算法研究

作　者: 宁秀丽
导　师: 徐定杰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 外辐射源到达时间差最优布站数据融合 UKF
分类号: TN953
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

基于外辐射源的雷达定位系统，由于其自身不发射信号，而是将移动通信、电视台、调频广播等作为辐射源，实现空中目标定位，因此，具有抗低空突防、抗反辐射导弹、反隐身、抗干扰等优点，倍受各国重视。本文主要研究了基于外辐射源时差定位体制的目标定位与跟踪，包括时差定位原理、定位精度分析、多站数据融合、最优布站及目标跟踪等方面。具体工作如下：1、研究了外辐射源时差定位系统的定位算法、定位精度及多站数据融合问题。首先，分析了无外辐射源直达信号体制和有外辐射源直达信号体制两种情况下的时差定位算法，推导了两种定位体制的全微分定位精度求解方程，并针对求全微分法计算复杂，不易直接根据方程组求出解析解的问题，给出了微分元近似定位精度求解法，仿真对比了两种定位精度求解方法的优劣；然后，针对多站定位系统，提出了基于中垂面分割的数据融合算法，探讨了切割立方体边长及观测站个数对算法的影响，仿真验证了该方法的有效性。2、研究了外辐射源时差定位系统的最优布站问题。首先，分析了观测站与外辐射源的几何布局对定位精度的影响；然后，探讨了最优布站的影响因素，包括外辐射源高度、观测站高度、基线长度、站间夹角度数、观测站个数及目标高度；最后，分别针对无外辐射源直达信号体制、有外辐射源直达信号一发三收体制、有外辐射源直达信号两发两收体制、有外辐射源直达信号三发一收体制四种情况，提出了基于目标袭来方向的最优布站方法。3、研究了基于数据融合优化的UKF跟踪算法。首先，分别针对无外辐射源直达信号体制和有外辐射源直达信号体制两种情况进行系统建模；然后，针对多站时差定位系统，提出了基于数据融合优化的UKF算法，推导了数据融合后的最优状态估计及其子滤波器的权值分配；最后，针对无外辐射源直达信号体制和有外辐射源直达信号体制两种情况进行了仿真实验，仿真结果验证了基于数据融合优化的UKF算法的有效性，并探讨了定位系统个数对该方法的跟踪精度和跟踪稳定性的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景、目的及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 外辐射源定位系统研究现状  10-12
    1.2.2 外辐射源定位跟踪技术研究现状  12-13
  1.3 本文的主要内容和章节安排  13-15
第2章外辐射源定位技术综述  15-24
  2.1 外辐射源雷达系统构成  15-17
  2.2 空间几何定位原理  17
  2.3 多站外辐射源定位方法简介  17-23
    2.3.1 测向交叉定位法  17-18
    2.3.2 测时差定位法  18-19
    2.3.3 多普勒频移定位法  19-20
    2.3.4 相位变化率定位法  20-21
    2.3.5 测向测时差定位法  21-22
    2.3.6 测向测多普勒频移定位法  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章外辐射源时差定位法及定位精度分析  24-42
  3.1 定位原理  24-27
    3.1.1 无直达信号体制的时差定位算法  24-25
    3.1.2 有直达信号体制的时差定位算法  25-27
  3.2 定位精度分析  27-36
    3.2.1 全微分定位精度求解法  27-30
      3.2.1.1 无外辐射源直达信号体制  27-28
      3.2.1.2 有外辐射源直达信号体制  28-30
    3.2.2 微分元近似定位精度求解法  30-36
      3.2.2.1 无外辐射源直达信号体制  30-33
      3.2.2.2 有外辐射源直达信号体制  33-36
  3.3 基于中垂面分割的多站数据融合算法  36-38
  3.4 仿真分析及结果验证  38-41
    3.4.1 两种定位精度求解方法仿真分析  38-39
    3.4.2 中垂面分割数据融合算法仿真分析  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章外辐射源时差定位系统最优布站研究  42-62
  4.1 布站几何分析  42-49
  4.2 最优布站影响因素分析  49-54
    4.2.1 观测站高度及外辐射源高度影响分析  50-51
    4.2.2 基线长度影响分析  51-52
    4.2.3 站间夹角度数影响分析  52-53
    4.2.4 目标高度影响分析  53-54
    4.2.5 观测站个数影响分析  54
  4.3 基于目标袭来方向的最优布站方法  54-61
    4.3.1 无外辐射源直达信号体制  54-56
    4.3.2 有外辐射源直达信号一发三收体制  56-58
    4.3.3 有外辐射源直达信号两发两收体制  58-60
    4.3.4 有外辐射源直达信号三发一收体制  60-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章基于数据融合优化的 UKF 跟踪算法  62-72
  5.1 UKF 算法简介  62-65
  5.2 系统建模  65-66
    5.2.1 无外辐射源直达信号体制  65-66
    5.2.2 有外辐射源直达信号体制  66
  5.3 基于数据融合优化的 UKF 算法  66-68
  5.4 仿真分析  68-71
    5.4.1 无外辐射源直达信号体制  68-69
    5.4.2 有外辐射源直达信号体制  69-71
  5.5 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-79
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  79-80
致谢  80

外辐射源时差定位系统最优布站与跟踪算法研究

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