基于方位角测量的无源定位算法研究

摘要

单站无源定位技术，仅利用接收到的目标参数信号进行定位，有隐蔽性高，作用距离远等优点，具有较高的研究价值。其中，单站纯方位无源定位以其独特的优势和典型的代表性，在无源定位技术研究中始终占有一席之地。本文以基于方位角测量的单站无源定位系统为研究对象，主要从无源定位算法方面，在以往研究的基础之上进行了相关的理论研究。
　　 对基于方位角测量的无源定位结合常见的目标运动模型建立了相应的数学模型。不完全可观测性是基于方位角测量的无源定位系统的一个典型特征，总结了以往的多种可观测判据，并利用非线性系统理论，对目标无源定位跟踪模型的可观测性进行了详细验证，最后给出了常见目标运动模型克服不可观测而应该采取的观测器机动策略。
　　 基于方位角测量的无源定位是一个最优估计问题，本文首先从估计理论入手，给出了最小二乘法，针对纯方位角测量下静止单站目标航向估计问题进行航向估计仿真实验，并引入了基于最小均方差的准则的卡尔曼滤波算法。
　　 基于方位角测量的无源定位系统是非线性系统，无源定位算法的重点也就是利用非线性滤波算法进行最优状态估计。文中给出了常用的非线性滤波算法：伪线性卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）。结合纯方位角无源定位系统模型，给出了无源定位算法，分别将其应用于具体定位模型进行仿真实验，结合试验结果，对各种算法进行了性能分析。针对基于EKF的无源定位算法滤波易发散的缺陷，分析了导致缺陷出现的原因，给出了若干的解决办法，并引入了若干的可以改善其性能的新算法；最后又针对UKF的计算复杂的特点，结合系统模型，提出了其简化UKF算法，并将其应用于本文的定位系统模型。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 无源定位技术概述

1.2.1 无源定位方法综述

1.2.2 无源定位算法综述

1.3 基于方位角测量的无源定位技术的主要特点

1.3.1 不完全可观测性

1.3.2 高度非线性

1.4 本文主要内容

第2章 基于方位角测量的无源定位的系统建模

2.1 坐标系

2.2 定位的几何原理

2.3 系统模型

2.3.1 无源定位跟踪常见运动模型状态方程

2.3.2 纯方位测量无源定位系统观测方程

2.3.3 观测器折线运动无源跟踪匀速直线目标系统方程

2.4 可观测性分析

2.4.1 常用可观测性判据及其纯方位无源定位的可观测性分析

2.4.2 纯方位测量的无源定位的可观测性总结

2.5 本章小结

第3章 纯方位无源定位算法理论研究

3.1 状态估计理论

3.2 滤波方法

3.2.1 批处理及其最小二乘估计

3.2.2 基于最小二乘估计的静止单站纯方位目标航向估计

3.2.3 递推贝叶斯

3.2.4 线性卡尔曼滤波

3.3 无源定位算法

3.3.1 基于伪线性卡尔曼滤波的纯方位无源定位算法

3.3.2 基于EKF的纯方位无源定位算法

3.3.3 Sigma Points类卡尔曼滤波

3.4 本章小结

第4章 纯方位无源定位算法仿真计算及其改进

4.1 基于伪线性卡尔曼滤波的纯方位无源定位算法仿真计算

4.2 基于EKF的纯方位无源定位算法仿真计算

4.3 基于改良的EKF纯方位无源定位算法及其仿真计算

4.3.1 改良的EKF

4.3.2 基于改良EKF的纯方位无源定位算法仿真计算

4.4 基于简化UKF的纯方位无源定位算法仿真计算

4.4.1 简化UKF

4.4.2 基于简化UKF的纯方位无源定位算法仿真计算

4.5 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