一种三角基线定位方法及设备与流程

本发明涉及测向定位，更为具体的，涉及一种三角基线定位方法及设备。

背景技术：

1、测向定位技术成熟，依靠单站即可完成对目标的定位解算，实现代价小，广泛使用于频谱监测、情报侦察和遥感等系统中。对于干涉仪系统应用，通过两维正交基线测量目标信号的入射俯仰角βx和方位角βy，由此可以确定目标入射矢量，假设目标位于地球表面，结合平台姿态参数，计算目标入射矢量与地球表面的交点，从而实现目标定位。干涉仪系统测向定位原理如图1所示。

2、决定定位精度的因素包括目标方位角βy测量精度、俯仰角βx测量精度、方位角锥面与地球曲面交线(简称方位交线)构型以及俯仰角锥面与地球曲面交线(简称俯仰交线)构型，如图2、图3所示。当方位角、俯仰角测量精度越高，定位误差越小，方位交线与俯仰交线越正交，定位误差越小。

3、基于测向结果的定位技术国内外已有广泛的研究，主要包括三类方法。第1种是基于wgs-84坐标系的干涉仪定位方法，利用视线交叉定位来确定目标位置(见文献：基于wgs-84模型的单星doa定位方法，杨斌，张敏，李立萍；航天电子对抗，2009)。该方法通过正交的方位维与俯仰维基线分别测量目标方位角与俯仰角，再求解方位维曲面、俯仰维曲线以及地球模型的交点完成定位，但未考虑目标当地卯酉圈半径随纬度的变化情况，必然给定位带来误差。第2种同样是基于wgs-84坐标系的视线交叉定位方法，但考虑了不用纬度地区卯酉圈半径差异(见文献：基于wgs-84地球模型的单星测向定位方法，郭福成；宇航学报，2011)。该方法采用了一种基于迭代的定位技术，进一步提升定位精度，但采用的是基于正交基线的干涉仪系统，未能解决其入射角测量精度与方位、俯仰交线构型之间最佳匹配的问题。第3种是基于地心坐标系的定位方法，利用球面几何方法求解地面目标的地理经纬度(见文献：星载平台地面目标测向定位仿真研究，田明辉，方青，钮俊清；雷达科学与技术，2012)。该方法通过先计算目标地心角，再计算目标经纬度，计算过程只考虑了星下点的本地地球半径，对于小角度入射目标定位精度高，但大角度入射目标位置与星下点偏离较大，导致额外的定位误差。

4、总的来说，现有测向定位技术都是基于两个正交维度基线测量的入射角结果进行定位解算，存在测向精度与入射角锥面交线不匹配的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三角基线定位方法及设备，在不同入射角度定位精度均优于正交基线定位结果，最高定位精度提升约20％等。

2、本发明的目的是通过以下方案实现的：

3、一种三角基线定位方法，包括以下步骤：

4、建立基于等边三角形的基线组合，对目标进行三个维度入射角测量；

5、根据不同入射角度选择测角精度与定位交线匹配度最佳的两维入射角，基于地球模型完成定位解算。

6、进一步地，所述地球模型包括wgs84地球模型。

7、进一步地，所述建立基于等边三角形的基线组合，对目标进行三个维度入射角测量，包括子步骤：

8、3个天线单元a、b、c采用等边三角形布局，构成3条夹角60°的等长基线ba、ac、cb；

9、定义矢量与目标入射矢量夹角的余角为入射角βba，矢量与目标入射矢量夹角的余角为入射角βac，矢量与目标入射矢量夹角的余角为入射角βcb，z轴单位矢量与目标入射矢量的夹角为离轴角θ，入射矢量在xoy平面投影与x轴的夹角为偏转角

10、测量目标入射角βba、βav以及βvb，可得其与地球曲面形成三条交线，任意使用两条交线即可完成定位解算。

11、进一步地，所述测量目标入射角βba、βac以及βcb，可得其与地球曲面形成三条交线，任意使用两条交线即可完成定位解算，包括子步骤：根据入射矢量和基线矢量关系可得：

12、

13、定义在卫星本体坐标系中，基线单位矢量入射单位矢量表示为：故由任意两条基线测量的入射角βac、βba、βcb，可得到：

14、

15、根据干涉仪定义，入射角βba、βac、βcb测向精度如下：

16、

17、结合式(2)和(3)可得：

18、

19、其中λ为信号波长，d为基线长度，为相位误差，在相位误差和基线长度d不变的条件下，不同入射离轴角θ、偏转角带来不同的入射角测量误差，进而影响目标的定位精度；

20、对于三角基线，单位基线矢量

21、设目标位置t(x,y,z)，a为地球长半轴，e为地球曲率，可得：

22、

23、进一步地，所述根据不同入射角度选择测角精度与定位交线匹配度最佳的两维入射角，基于地球模型完成定位解算，包括子步骤：

24、步骤1：从三条基线测量的入射角βba、βac、βcb中任意选择两个角度，计算目标入射偏转角

25、步骤2：当目标入射偏转角位于[-30°，30°]、[150°，180°]或[-180°，-150°]范围时，采用测量的βba与βac角度完成定位，设α＝βba，β＝βac,当目标入射偏转角位于[90°，150°]或[-90°，-30°]范围时，采用测量的βba与βcb角度完成定位，设α＝βba，β＝βcb，当目标入射偏转角位于[30°，90°]或[-150°，-90°]范围时，采用测量的βac与βcb角度完成定位，设α＝βac，β＝βcb，

26、

27、步骤3：由选择的两个入射角度β1、β2，以及其对应的基线单位矢量计算入射单位矢量由入射矢量与基线矢量的关系可得：

28、

29、解方程可得：yot＝k1xot+b1、zot＝k2xot+b2；

30、其中，a＝k12+k22+1、b＝2(k1b1+k2b2)、c＝b12+b22-1

31、

32、步骤4：将入射单位矢量由卫星本体坐标系旋转到wgs-84地固坐标系，得到其中ro为卫星姿态旋转矩阵，rw为卫星轨道旋转矩阵；

33、步骤5：设wgs-84坐标系下目标的位置(xt,yt,zt)，结合wgs-84坐标系下卫星平台位置(xs,ys,zs)和入射单位矢量可得方程组：

34、

35、由上式可得lt2+mt+n＝0，其中：l＝(1-e2)(xot′2+yot′2)+zot′2、m＝2((1-e2)(xsxot′+ysyot′)+zszot′)、n＝(1-e2)(xs2+ys2-a2)+zs2

36、解方程可得t后，由式(7)可计算得到目标的位置(xt,yt,zt)。

37、一种三角基线定位设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时并执行如上任一项所述的方法。

38、本发明的有益效果包括：

39、本发明对所采用的基线组合进行改进，提出了一种基于三角基线的测向定位新方法。

40、本发明提出的三角基线定位方法，通过调整传统基线的正交构型，设计了等边三角形天线单元布局，形成三条独立基线，根据目标不同入射角度，选择不同基线组合定位，可以同时实现两维高精度测向和最佳交线构型。采用本发明的三角基线定位技术方案，在不同入射角度定位精度均优于正交基线定位结果，最高定位精度提升约20％，故这是一种高精度干涉仪测向定位方法。