基于相位差变化率的实时航迹规划方法

本发明属于信号处理领域，具体涉及相位差变化率定位方法和一种基于该定位方式的载机航迹规划方法。

背景技术：

1、单站无源定位技术常用于非合作目标的地理定位，有很好的电磁隐蔽性，可在侦察目标未发现的情况下，对辐射源目标进行探测和定位，掌握目标的位置信息，并先进行精确打击。此外该技术还具有作用距离远、不易受干扰、机动灵活等优点。而在电子侦查中，载机对目标辐射源的定位精度和载机的航迹规划十分关键。因此，针对电子侦察中辐射源定位的需求，航迹优化技术应运而生，成为了当前电子侦察领域的研究热点。

2、目前，机载单站无源定位技术的主要实现方法有：测向定位法、到达时间定位法、多普勒频率定位法、方位/到达时间定位法、方位/多普勒频率定位法等方法。在航迹优化流程中，首先需要针对定位精度选择一种衡量指标，以这一指标为代价函数，建立载机航迹优化模型，通过选取最佳测量点，在保持系统精度的前提下，使载机获得高质量测量数据，进而提高对辐射源的定位精度，同时考虑载机物理条件的约束以及实际作战场景的约束，为载机规划出一条合理、高效的航迹。

3、随着单站无源定位技术的不断发展，基于长基线干涉仪定位方法凭借定位速度快、定位精度高等特点，相较于传统定位算法来说更具有优势。该定位方法实质上是通过测量相位差变化率实现辐射源定位。定位精度与基线长度有关，基线越长，定位精度越高，但由于长基线远远大于半波长，实际测量得到的相位差值存在相位模糊现象，但由于相位差变化率是相位差相对时间的变化率，如果在采样的短时间内，目标相对运动变化的角度非常小，则该角度变化引起的相位脉冲之间的相位差变化也很小。如果某相邻时刻发生大的相位跳变，可以判断其发生了一次跳变，从而可以设法修正得到无跳变的相位差序列，因此相位差变化率定位方法不需要引入基线进行解模糊，设备简单、定位速度快。定位精度高。

4、现有的研究局限在于，在载机航迹优化模型建立的基础之上，现有算法往往无法兼顾性能和效率。原因之一是采用的定位算法步骤多，虽然有精度优势，但不适用于对实时性要求极高的优化控制问题；另外，优化问题中所选取代价函数形式复杂，这两者都会导致计算量增大，对算法的实现造成困难。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种基于相位差变化率的实时航迹规划方法，将相位差变化率定位方法应用至载机定位场景中，使载机能够根据收集的相位差变化率数据，实时调整航向角，实现对目标的快速、高精度定位。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

4、一种基于相位差变化率的实时航迹规划方法，其特征在于，包括：

5、获取两个天线之间的传感器测量数据，即相位差数据；根据相位差数据计算相位差变化率；

6、根据相位差变化率建立最大似然函数，采用网格搜索法进行最大似然函数的求解，找到使最大似然函数值最小的网格点，作为辐射源初始位置估计；

7、根据辐射源初始位置估计建立crlb矩阵；

8、以crlb矩阵的迹作为目标函数，计算载机的最优姿态角，根据最优姿态角计算下一个最优位置点，将最优位置点作为航迹点。

9、本发明进一步的技术方案：所述根据相位差数据计算相位差变化率，具体为使用差分法计算：

10、

11、其中，φi和φi-1分别为第i时刻和第i-1时刻干涉仪测量的相位差数据，是相位差变化率，δt是两次观测矢量时间间隔。

12、本发明进一步的技术方案：所述的传感器为aoa传感器。

13、本发明进一步的技术方案：所述根据相位差变化率建立最大似然函数，具体为：

14、

15、其中，f(x)为当前网格点的相位差变化率理论值，q为测量误差协方差。

16、本发明进一步的技术方案：所述crlb矩阵为fisher信息矩阵的逆矩阵：

17、

18、

19、其中，为相位差变化率测量误差，fn(x,y)为第n个时刻的辐射源初始位置估计(x,y)的相位差变化率。

20、本发明进一步的技术方案：所述以crlb矩阵的迹作为目标函数，计算载机的最优姿态角，根据最优姿态角计算出下一个最优位置点，具体为：

21、采用a-最优化准则，以最小化crlb矩阵的迹作为目标函数，建立载机航迹规划模型，确定最优姿态角，考虑载机最大角速度限制以及姿态角变化范围限制，建立如下优化模型：

22、

23、其中，ψmax为载机的最大角速度，α(t)为姿态角；

24、采用phr算法将有约束优化问题转换为无约束优化问题，采用拟牛顿法进行最优姿态角的求解，得到最优姿态角αopt(t)，进而得到载机最优航迹点：

25、xa1(t+1)＝xa1(t)+v·δt·cos(αopt(t))

26、ya1(t+1)＝ya1(t)+v·δt·sin(αopt(t))

27、其中，v为载机速度，δt为测量时间步长，xa1(t+1)、ya1(t+1)为t+1时刻的最优航迹点，xa1(t)、ya1(t)为t时刻的最优航迹点。

28、一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

29、一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

30、一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

31、本发明的有益效果在于：

32、本发明提供的一种基于相位差变化率定位的机载平台航迹规划方法，采用相位差变化率定位算法，根据传感器测量数据建立最大似然函数，采用网格搜索法进行最大似然函数的求解，找到使最大似然函数值最小的网格点，作为辐射源位置估计的结果。同时，考虑到单机应用场景中，不需要考虑各站之间的几何分布，应用a-最优化准则，选择克拉美罗下界(cramer-rao lower bound，crlb)的迹作为目标函数，并考虑载机的物理限制条件以及实际作战场景中飞行区域的限制条件，计算出载机的下一个最优航迹点，并规划出一条实际可行的航迹。本发明使用相位差变化率定位法，有效地提高了定位精度；采用数据滤波方法，筛除偏离中心较大的方位线交点，有效地提高了定位精度；通过载机实时的航迹优化，使载机在较短时间内能够获得高质量、有效的数据，从而提高对目标辐射源的定位效果。

33、1.本发明提出了一种基于相位差变化率的航迹规划方法，能够实现辐射源高精度定位，同时以crlb矩阵作为目标函数，实时求解无人机的最佳航迹点；

34、2.本发明相比于常规优化算法，在远距离辐射源定位的情况下误差能够控制在1％r以内，定位精度高。

35、3.本发明提供的载机航迹规划方法，考虑了载机的物理条件限制以及作战场景中飞行区域的限制，将载机的最大角速度和姿态角范围作为约束条件，为载机规划出一条实际可飞的航迹。