濾波初值對測向定位的影響及其消除方法

基于運動單站測向交叉定位中將濾波初值分成兩類，該文從幾何原理上解釋了不同類型的濾波初值對定位結果的影響；提出了通過增加相位差觀測量，利用相位差的變化率和方位角信息，將非線性系統(tǒng)轉換成線性系統(tǒng)，再利用卡爾曼濾波來改善定位結果對濾波初值依賴性的方法。轉換后的線性系統(tǒng)在利用卡爾曼濾波時，初始值可以根據(jù)以前的測量值得到。模擬仿真表明該方法能有效擺脫定位結果對濾波初值的依賴，且定位精度在2%以內。
關 鍵 詞 測向交叉定位; 卡爾曼濾波; 非線性濾波; 相位差變化率
中圖分類號 TN971.+3 文獻標識碼 A
Influence and Elimination of Algorithm Initial Value in Bearing-Only Passive Location
LI Shao-rong1，F(xiàn)U Zhong1,2, and LIAO Ping2
(1. School of Opt-oelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054; 2. National Electronic Warfare Laboratory Chengdu 610036)
Abstract The influence of two kinds of algorithm initial values on results in bearing-only passive location is described with geometry method. Via adding the difference of phase as a new measurement vector, converting the nonlinear system to linear system, a way to avoid this influence is proposed. In the linear system, Kalman filtering (KF) is used, and the initial values can be gotten from the measured values. Simulations show that this way can eliminate the initial value’s influence, and the relative error of distance is less than 2%.
Key words bearing-only location; Kalman filtering; nonlinear filtering; phase difference rate of change

基于運動單站的測向交叉定位，實質上是一個非線性濾波問題。為求得非線性問題的次優(yōu)解，基于貝葉斯原理的濾波技術受到了廣泛的應用，其中應用較多的有擴展卡爾曼濾波(EKF)[1-3]、Unscented卡爾曼濾波(UKF)[4-5]、粒子濾波(PF)[6-8]。這些濾波算法的收斂性對初值的選取有較強的依賴性。然而當初值滿足算法收斂要求時，定位結果與真實位置可能還會有一定的誤差。改善這種誤差的有效方法之一是增加觀測量，文獻[9]提出了只利用相位差變化率對目標進行定位的方法。該方法的觀測量為兩個相位差，濾波模型為一非線性模型。它使用兩個正交干涉儀，利用EKF算法，對初始值的依賴性有了一定的改善。本文在測向的基礎上，增加了一個相位差，將非線性濾波模型轉換成線性模型，利用卡爾曼濾波(KF)，擺脫了定位結果對濾波初值的依賴性。實際工程應用中，由于無法精確得到目標位置的先驗信息，而使濾波初值有較大的誤差，這可能導致定位結果出現(xiàn)較大的誤差，甚至錯誤。本文提出了一種不需要利用先驗信息，能有效地降低濾波初值對定位結果的影響的方法。
1 測向交叉定位
測向交叉定位[10]的幾何原理圖如圖1所示。

5 總 結
實際工程中，由于目標位置的先驗信息無法及時獲得，使測向交叉定位出現(xiàn)較大的誤差，本文從根本上分析了產(chǎn)生這種誤差的原因，并通過增加相位差觀測量，將非線性濾波轉換成線性濾波，不需要目標位置的先驗信息就可對目標進行精確定位。