基于信道容量的无源目标定位方法

摘要

本发明的目的在于提供基于信道容量的无源目标定位方法，分为以下步骤：各备选观测站对目标T进行观测，得到各自以参考方向为基准线的观测角，并将结果传送至测向交叉定位系统控制中心，结合每个观测站相对位置关系，任意选取两个观测站A和B与目标T构成三角定位系统，计算以两观测站连线为基准线的观测角，计算系统信道容量C，比较每个三角定位系统的系统信道容量，选取系统信道容量最大的三角定位系统对目标T定位。本发明将每个观测站的测量误差都考虑在内，避免定位模糊区面积最小和圆概率误差最小这两种方法在测向交叉定位系统应用中的不足，减小由观测站测量误差相差较大对定位精度的影响，能够根据信道容量的大小来快速配置观测站的观测角。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种定位方法。

背景技术

目前衡量测向交叉定位系统定位精度的标准主要有定位模糊区面积最小和圆概率误差最小两种。以双站平面定位为例，这两种方法均存在一定的片面性，其定位精度均与两观测站基线的长度或目标到基线的距离(通过基线的长度和传感器的观测角导出)有关，而且只有在两个观测站的测量误差一致的情况下，得到的定位精度才是最高的。但当其测量误差相差较大时，即使定位模糊区面积和圆概率误差都取最小值，此时的定位精度也不是最高的。因此，该两种方法在测向交叉定位系统应用中具有不可避免的不适应性。

发明内容

本发明的目的在于提供能够根据信道容量的大小来快速配置观测站的观测角，以达到最高的无源目标定位精度的基于信道容量的无源目标定位方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于信道容量的无源目标定位方法，其特征是：

(1)各备选观测站对目标T进行观测，得到各自以参考方向为基准线的观测角，并将结果传送至测向交叉定位系统控制中心；

(2)测向控制中心接收到每个观测站的观测角，结合每个观测站相对位置关系，任意选取两个观测站A和B与目标T构成三角定位系统，以A为原点、AB方向为X轴建立坐标系，A与B之间的距离为L，T距Y轴和X轴的距离分别为X和Y，则A、B、T的坐标分别为(0，0)、(L，0)、(X，Y)，计算以两观测站连线为基准线的观测角和

(3)设K为系数，计算系统信道容量C：$>C=\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2\widehat{{\theta }_2}{\cos }^2\widehat{{\theta }_1}{\sin }^2(\widehat{{\theta }_2}-\widehat{{\theta }_1})}{({\sin }^2\widehat{{\theta }_2}{\cos }^2\widehat{{\theta }_2}+K{\sin }^2\widehat{{\theta }_1}{\cos }^2\widehat{{\theta }_1}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})+\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2\widehat{{\theta }_2}{\sin }^2\widehat{{\theta }_1}{\sin }^2(\widehat{{\theta }_2}-\widehat{{\theta }_1})}{({\sin }^4\widehat{{\theta }_2}+K{\sin }^4\widehat{{\theta }_1}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

(4)计算所有任意两个观测站与目标构成的三角定位系统的系统信道容量，比较每个三角定位系统的系统信道容量，选取系统信道容量最大的三角定位系统对目标T定位，得其坐标

本发明的优势在于：从信息论的角度出发，将每个观测站的测量误差都考虑在内，避免定位模糊区面积最小和圆概率误差最小这两种方法在测向交叉定位系统应用中的不足，减小由观测站测量误差相差较大对定位精度的影响，能够根据信道容量的大小来快速配置观测站的观测角，以达到最高的无源目标定位精度。

附图说明

图1为本发明基于测向的双站平面无源目标定位示意图；

图2为本发明双站平面无源目标定位的信道模型示意图；

图3为本发明推广应用至三维无源目标定位的信道模型示意图；

图4为本发明流程示意图；

图5是双站平面无源目标定位系统示意图(以3个备用观测站为例)，图中A，B，C为备用观测站。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，在无源目标定位系统中(以双站平面定位为例)，基于测向的无源交叉定位系统中，观测站A(0，0)和B(L，0)测得目标T(X，Y)的方位角为和测量误差和服从正态分布由此获得目标T的坐标且满足分布假设其中交会角

假设观测站A和B接收到目标T发射的信号分别为S_A和S_B，幅度分别为a和b，相应信道高斯噪声n_A和n_B服从正态分布由于目标T到观测站A和标T到观测站B的信道是平行高斯信道，则接收信号S_A与S_B相互独立，接收信号S＝(S_A，S_B)＝S_A+jS_B，服从分布

若则二者具有形式完全相同的数学表达式，据此抽象建立出无源目标定位的信道模型。要获得目标T的准确坐标，则要求构成的误差椭圆面积尽可能小。在信道模型中，要求观测站接收到目标T发射信号的误码率尽可能小，也即要最构成的误差椭圆面积尽可能小。从信息论角度来看，信道容量越大，在同样传输速率下，误码率也越低，因此信道容量C也可作为衡量目标定位准确的测度。也即信道容量越大，定位精度越高。

本发明的目的是这样实现的：(以双站平面定位为例)第一步，各备选观测站对目标T进行观测，得到各自以参考方向为基准线的观测角，并将结果传送至测向交叉定位系统控制中心；第二步，测向控制中心接收到每个观测站的观测角，结合每个观测站相对位置关系，任意选取两个观测站A(0，0)和B(L，0)与目标T(X，Y)构成三角定位系统，计算以两观测站连线为基准线的观测角和第三步，假设计算系统信道容量C

$>C=\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2\widehat{{\theta }_2}{\cos }^2\widehat{{\theta }_1}{\sin }^2(\widehat{{\theta }_2}-\widehat{{\theta }_1})}{({\sin }^2\widehat{{\theta }_2}{\cos }^2\widehat{{\theta }_2}+K{\sin }^2\widehat{{\theta }_1}{\cos }^2\widehat{{\theta }_1}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})+\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2\widehat{{\theta }_2}{\sin }^2\widehat{{\theta }_1}{\sin }^2(\widehat{{\theta }_2}-\widehat{{\theta }_1})}{({\sin }^4\widehat{{\theta }_2}+K{\sin }^4\widehat{{\theta }_1}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

第四步，比较每个三角定位系统的系统信道容量，选取系统信道容量最大的三角定位系统对目标T定位，得其坐标

定位的关键是测向控制中心选取合适的观测站获得高的定位精度，由各观测站的位置信息，根据所测角度和衡量定位精度的标准选择配置观测站。以双站平面定位，3个备用观测站为例，选用无源目标定位的信道模型，确定两个观测站与目标T构成的三角定位系统的定位精度最高。

1.备用观测站A，B，C的相对位置由α，β确定，假设在参考方向N下，α＝30°，β＝45°，三个观测站对目标T进行观测，得到的观测角分别为：

2.任意选取两个观测站与目标T构成三角定位系统，由观测角以及观测站的相对位置关系：

在ΔTAB中，交会角

在ΔTAC中，交会角

在ΔTBC中，交会角

3.假设K＝1，计算所有三角定位系统的系统信道容量：

$>C_{\mathrm{TAB}}=\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2{140}^{·}{\cos }^2{70}^{·}{\sin }^2{70}^{·}}{({\sin }^2{140}^{·}{\cos }^2{140}^{·}+{\sin }^2{70}^{·}{\cos }^2{70}^{·}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})+\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2{140}^{·}{\sin }^2{70}^{·}{\sin }^2{70}^{·}}{({\sin }^4{140}^{·}+{\sin }^4{70}^{·}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

$>=\frac{1}{2}\log (1+\frac{0.1234}{{\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})(1+\frac{0.3390}{{\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

$>C_{\mathrm{TAC}}=\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2{130}^{·}{\cos }^2{40}^{·}{\sin }^2{90}^{·}}{({\sin }^2{130}^{·}{\cos }^2{130}^{·}+{\sin }^2{40}^{·}{\cos }^2{40}^{·}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})+\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2{130}^{·}{\sin }^2{40}^{·}{\sin }^2{90}^{·}}{({\sin }^4{130}^{·}+{\sin }^4{40}^{·}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

$>=\frac{1}{2}\log (1+\frac{0.7101}{{\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})(1+\frac{0.4707}{{\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

$>C_{\mathrm{TBC}}=\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2{85}^{·}{\cos }^2{55}^{·}{\sin }^2{30}^{·}}{({\sin }^2{85}^{·}{\cos }^2{85}^{·}+{\sin }^2{55}^{·}{\cos }^2{55}^{·}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})+\frac{1}{2}\log (1+\frac{{\sin }^2{85}^{·}{\sin }^2{55}^{·}{\sin }^2{30}^{·}}{({\sin }^4{85}^{·}+{\sin }^4{55}^{·}){\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

$>=\frac{1}{2}\log (1+\frac{0.3575}{{\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})(1+\frac{0.1160}{{\sigma }_{\hat{\theta }1}^2})$>

4.选择系统信道容量最大的三角定位系统：

由于C_TAC＞C_TAB＞C_TBC，所以选取观测站A，C对目标T在三角定位系统中进行交叉定位。