基于纯方位TMA的小目标近程被动定位技术研究

摘要

纯方位被动定位技术是研究最早、最多、应用也最广泛的一种方法，对多矢量水听器得到目标方位数据用解三角形法得到目标的距离和位置。定位精度与方位数据测量误差、目标位置、目标距离、基阵孔径、基线长度测量误差以及基阵安装精度等因素有关，其中方位数据测量误差是关键。
　　本文研究多基元联合纯方位被动定位技术对近程小目标的被动定位性能。首先分析了多基阵纯方位TMA的可测性问题，二基阵除了基线附近外其他地方皆可测，而四基阵通过冗余基阵的加权综合，没有不可测区域。方位的高精度估计是提高定位精度的关键，本文对单个矢量水听器方位估计进行了理论和后续的仿真分析，得到方位估计误差和信噪比的关系，为基于多基元潜标阵的纯方位小目标被动定位技术提供了理论依据。然后给出了二元阵和四元阵的定位计算公式，仿真分析了影响定位精度的主要因素以及目标在基阵不同位置的定位精度，为后续试验数据处理提供了依据。本文用smooth(rlowess)方法对方位数据进行预处理，定位精度可以得到较大提高;对于后置处理，采用“圆筛”剔瑕玷和卡尔曼滤波方法，理论研究可得，在有效样本高于50％的条件下，该方法可以将所有的瑕玷去除，后续的MATLAB仿真和试验数据处理，验证了该方法的适用性。
　　最后本文将海试数据处理结果与高精度GPS得到的数据进行了对比，结果表明在近程被动定位中，在基线内的横向直线运动目标与基阵距离100m左右时，定位误差在5％以内。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景和意义

1．2被动测距声呐技术发展概况

1．2．1三子阵被动定位方法

1．2．2匹配场被动定位

1．2．3目标运动分析

1．3小目标辐射特性及测量

1．4多基阵联合纯方位被动定位

1．5论文的研究内容

第2章被动定位基本原理

2．1引言

2．2纯方位TMA的可测性问题

2．3矢量传感器方位估计

2．3．1矢量传感器测向原理

2．3．2提高方位估计精度的方法

2．3．3矢量传感器方位估计的CRLB

2．4．1定位原理

2．4．2数据融合模型

2．5．1定位原理

2．5．2定位解算算法

2．5．3加权综合

2．6后置处理原理

2．6．1“圆筛”原理

2．6．2卡尔曼滤波原理

2．7本章小结

第3章纯方位被动定位仿真研究

3．1引言

3．2．1方位估计仿真结果

3．2．2方位数据预处理方法

3．3后置处理仿真结果

3．3．1“圆筛”剔除瑕玷

3．3．2卡尔曼滤波

3．4二基元被动定位结果分析

3．4．1定目标

3．4．2直线运动目标

3．4．3曲线运动目标

3．5四基元被动定位结果分析

3．5．1目标在阵外

3．5．2目标在阵内

3．5．3大孔径定位分析

3．6小孔径二四基阵对比

3．6．1定目标

3．6．2直线运动目标

3．6．3曲线运动目标

3．7本章小结

第4章纯方位被动定位试验研究

4．1．1试验设备描述

4．1．2试验情况描述

4．2试验数据处理框图及软件

4．2．1海试数据处理框图

4．2．2海试数据处理软件

4．3试验分析

4．3．1目标一试验分析

4．3．2目标二试验分析

4．3．3目标三试验分析

4．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢