一种雷达定位相对系统误差修正方法

1.一种雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述修正方法应用于多雷达数据融合系统的前期数据预处理过程中，所述修正方法包括如下步骤：步骤1：采用雷达测向相对系统误差修正方法估计次站雷达测向相对系统误差Δθ cz ，得到次站雷达测向修正点序列；步骤2：对主站雷达测量点和次站雷达测向修正点，采用单雷达加权直线航迹线参数估计模型求得主站雷达观测航迹线l z 和经方位修正后的次站雷达观测航迹线l c ，这两条直线基本平行，即：l z ：y-k hz x-d hz ＝0，l c ：y-k hc x-d hc ＝0；其中k hz 为主站雷达观测航迹线l z 的斜率；d hz 为主站雷达观测航迹线l z 在x轴上的截距；k hc 为次站雷达观测航迹线l c 的斜率，d hc 为次站雷达观测航迹线l c 在x轴上的截距；步骤3：取 得到两条平行的直线l′ c 和l′ z ；l′ z ：y-kx-d hz ＝0，l′ c ：y-kx-d hc ＝0；步骤4：求两条平行直线l′ c 和l′ z 之间的垂直距离D；步骤5：求直线l′ c 平移至l′ z 时，D在X、Y方向上的投影向量，即为次站雷达定位相对系统误差值(ΔX,ΔY)；步骤6：针对次站雷达后续其它测量，先对方位值进行测向误差Δθ cz 修正，转换到统一直角坐标系后再进行定位误差(ΔX,ΔY)修正。 2.如权利要求1所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：选取空中目标处于典型航路时，主、次站雷达同时段上报的目标观测数据；该步骤1.1包括如下步骤：步骤1.1.1：选取的主站雷达观测数据为：(ρ zi ,θ zi ,h zi ,t zi )，表示t zi 时刻主站雷达测得的目标距离ρ zi 、方位θ zi 和高度h zi ，i＝1,2,…n，n为主站雷达的观测数据数量；步骤1.1.2：选取的次站雷达观测数据为：(ρ cj ,θ cj ,h cj ,t cj )，表示t cj 时刻次站雷达测得的目标距离ρ cj 、方位θ cj 和高度h cj ，j＝1,2,…m，m为次站雷达的观测数据数量；步骤1.2：将主站雷达观测数据(ρ zi ,θ zi ,h zi )，i＝1,2,…n转换为以本站为中心的二维直角坐标(X zi ,Y zi )：步骤1.3：将(X zi ,Y zi )，i＝1,2,…n转换为中心统一直角坐标(X xzi ,Y xzi )：X xzi ＝X zi cosδ xz -Y zi sinδ xz +X zxY xzi ＝X zi sinδ xz +Y zi cosδ xz +Y zx其中：(X zx ,Y zx )为主站雷达在中心统一直角坐标系中的坐标；δ xz 为主站雷达站址与直角坐标系中心点的经度差，单位为弧度；步骤1.4：将次站雷达观测数据(ρ cj ,θ cj ,h cj )，j＝1,2,…m转换为以本站为中心的二维直角坐标(X cj ,Y cj )：步骤1.5：将(X cj ,Y cj )，j＝1,2,…m转换为中心统一直角坐标(X xcj ,Y xcj )：X xcj ＝X cj cosδ xc -Y cj sinδ xc +X cxY xcj ＝X cj sinδ xc +Y cj cosδ xc +Y cx其中：(X cx ,Y cx )为次站雷达在中心统一直角坐标系中的坐标，δ xc 为次站雷达站址与直角坐标系中心点的经度差，单位为弧度；步骤1.6：根据前述获得的两组中心统一直角坐标，在中心统一直角坐标系中使用单雷达加权直线航迹线模型分别对主站雷达、次站雷达的直线航迹线观测数据进行直线参数迭代估计，并得到主站雷达观测到的主站观测航向K hz 和次站雷达观测到的次站观测航向K hc ；并求得次站雷达测向系统误差为：Δθ cz ＝K hc -K hz ；步骤1.7：将次站雷达观测数据(ρ cj ,θ cj ,h cj )，j＝1,2,…m进行测向误差Δθ cz 修正后转换为以本站为中心的二维直角坐标(X′ cj ,Y′ cj )：步骤1.8：将(X′ cj ,Y′ cj )，j＝1,2,…m转换为中心统一直角坐标，即为次站雷达测向修正点(X′ xcj ,Y′ xcj )：X′ xcj ＝X′ cj cosδ xc -Y′ cj sinδ xc +X cxY′ xcj ＝X′ cj sinδ xc +Y′ cj cosδ xc +Y cx其中：(X cx ,Y cx )为次站雷达在中心统一直角坐标系中的坐标；δ xc 为次站雷达站址与直角坐标系中心点的经度差，单位为弧度。 3.如权利要求2所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述n≥10，m≥10；所述同时段表示：主站雷达、次站雷达观测数据首点和末点各自的时间差均不大于1个雷达探测周期T；即|t c1 -t z1 |≤T，|t cm -t zn |≤T。 4.如权利要求2所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤1.6包括：步骤1.6.1：采用单雷达不加权直线航迹线模型粗略估计主站雷达观测到的直线航迹线y-k z x-d z ＝0，其中k z 为粗略估计下的主站雷达观测到的直线航迹线的斜率，d z 为粗略估计下的主站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤1.6.2：采用单雷达加权直线航迹线模型精确估计主站雷达观测到的直线航迹线y-k hz x-d hz ＝0；其中k hz 为精确估计下的主站雷达观测到的直线航迹线的斜率，d hz 为精确估计下的主站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤1.6.3：通过主站雷达观测航迹线参数(k hz ,d hz )和首末观测点坐标确定以正北为0度，顺时针为正情况下的主站观测航向K hz ，并将该方法定义为取点定向法；步骤1.6.4：采用单雷达不加权直线航迹线模型粗略估计次站雷达观测到的直线航迹线y-k c x-d c ＝0；其中k c 为粗略估计下的次站雷达观测到的直线航迹线的斜率，d c 为粗略估计下的次站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤1.6.5：采用单雷达加权直线航迹线模型精确估计次站雷达观测到的直线航迹线y-k hc x-d hc ＝0；其中k hc 为精确估计下的次站雷达观测到的直线航迹线的斜率，d hc 为精确估计下的次站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤1.6.6：参照步骤1.6.3的取点定向法，通过次站雷达观测航迹线参数(k hc ,d hc )和首末观测点坐标确定以正北为0度，顺时针为正情况下的次站观测航向K hc ；步骤1.6.7：求得次站雷达测向系统误差为：Δθ cz ＝K hc -K hz 。 5.如权利要求4所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤1.6.1中采用的单雷达不加权直线航迹线模型的过程包括如下步骤：步骤1.6.11：用主站雷达的所有观测数据{(X xzi ,Y xzi ),i＝1,2,...n}，简记为{(x i ,y i )，i＝1,2,…n}到某直线的距离l i 的平方和最小作为条件构造直线，计算在此条件下该直线的最佳参数(k z ,d z )，即：步骤1.6.12：于是可以构造方程：步骤1.6.13：该方程求解步骤包括：①计算a 1 ,a 2 ,b 1 ,b 2 ,c 0 ；②计算a,b,c；a＝c 0 -a 1 b 1b＝a 2 -b 2 -a 1 2 +b 1 2c＝a 1 b 1 -c 0③解方程，计算所有解；d 1 ＝b 1 -a 1 k 1d 2 ＝b 1 -a 1 k 2步骤1.6.14：最后，按照距离最小原则确定方程的合理解；按照观测数据{(x i ,y i )，i＝1,2,…n}到所求直线的距离的平方和最小原则，确定合理的直线参数值；该问题也可以简化为：计算测量点(x 1 ,y 1 )分别到直线y＝k 1 ×x+d 1 和直线y＝k 2 ×x+d 2 的距离l 1 ,l 2 ；若|l 1 |<|l 2 |，则取(k 1 ,d 1 )，否则取(k 2 ,d 2 )作为所求直线的合理参数，记为(k 1 ,d 1 )。 6.如权利要求5所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤1.6.2中采用的单雷达加权直线航迹线模型如下：基于单雷达不加权直线航迹线模型估计结果，采用迭代方式计算各观测点权值v i ，用所有观测点到某直线的加权距离(v i ×l i )的平方和最小作为条件构造直线，计算在此条件下该直线的最佳参数；具体实现步骤如下：步骤1.6.21：基于单雷达不加权直线航迹线参数模型得到直线参数(k 1 ,d 1 )，计算各观测点(x i ,y i )到直线y-k 1 x-d 1 ＝0的距离|l i |之和； n为观测点数；步骤1.6.22：求各观测点(x i ,y i )到直线y-k 1 x-d 1 ＝0的距离l i ；式中m'表示迭代次数，n表示观测点数；m'初始值为1，即：k (1) ＝k 1 ，d (1) ＝d 1 ；步骤1.6.23：求|l i |的倒数；步骤1.6.24：求各点的权值v i ；步骤1.6.25：求解单雷达加权直线航迹线模型；用所有雷达观测数据{(x i ,y i )，i＝1,2,…n}到某直线的加权距离(v i ×l i )的平方和最小作为条件构造直线，计算在此条件下该直线的最佳参数(k,d)，即：于是可以构造方程：该方程求解步骤包括：①计算a 0 ',a 1 ',a 2 ',b 1 ',b 2 ',c 0 '； ②计算a',b',c'；a'＝-c 0 '-a 1 'b 1 '，b'＝b 1 ' 2 +a' 2 -a 1 ' 2 -b' 2 ，c'＝c 0 '+a 1 'b 1 '；③解方程，计算所有解；步骤1.6.26：m'加1，并参照前述步骤1.6.14的方法，按照距离最小原则确定方程的合理解，记为(k (m') ,d (m') )，m'表示迭代次数；步骤1.6.27：计算所有观测点到新直线y-k (m') x-d (m') ＝0的加权距离之和f (m') (k (m') ,d (m') )；式中m'表示迭代次数，n表示观测点数；步骤1.6.28：判别是否为最佳解；若f (m') (k (m') ,d (m') )≥f (m'-1) (k (m'-1) ,d (m'-1) )，则输出解(k (m'-1) ,d (m'-1) )，并简记为(k hz ,d hz )；否则重复步骤1.6.22至步骤1.6.28。 7.如权利要求6所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤1.6.3中的取点定向法为通过雷达观测航迹线参数(k z ,d z )和首末观测点坐标确定雷达观测到的目标航向K的方法；该取点定向法的实现过程为：设(k,d)是估计得到的雷达观测航迹线参数，(x 1 ,y 1 )和(x n ,y n )是主站雷达对目标的首末测量点，经过滤波后，这两个点的坐标变为(x 1 ,y′ 1 )和(x n ,y′ n )，其中：y′ 1 ＝k×x 1 +d，y′ n ＝k×x n +d；令：Δx＝x n-1 -x 1 ，Δy＝y′ n-1 -y′ 1 ，π为圆周率，接下来依次进行如下判断和计算；①如果Δy等于0，转②，否则转③；②如果Δx大于0，航向K取值为0度，否则，航向K取值为180度，程序结束；③如果Δx等于0，转④，否则转⑤；④如果Δy大于等于0，航向K取值为90度，否则，航向K取值为270度，取点定向结束；⑤如果Δy大于0，航向K取值为 度，否则，航向K取值为 度，取点定向结束。 8.如权利要求7所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：对主站雷达测量点{(X xzi ,Y xzi )，i＝1,2,…n}采用单雷达加权直线航迹线模型求得主站雷达观测航迹线l z ：y-k hz x-d hz ＝0；步骤2.2：对次站雷达测向修正点{(X′ xcj ,Y′ xcj )，j＝1,2,…m}采用“单雷达加权直线航迹线模型求得经方位修正后的次站雷达观测航迹线l c ：y-k hc x-d hc ＝0。 9.如权利要求8所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤5包括如下步骤：步骤5.1：在直线l′ c 上取一点(x 0 ,y 0 )＝(0,d hc )；步骤5.2：求点(x 0 ,y 0 )到直线l′ z 的垂足(x 1 ,y 1 )；步骤5.3：采用取点定向法求起始点(x 0 ,y 0 )到垂足(x 1 ,y 1 )的方向角K d ；此处求得的K d 单位为度，且正北为0度，正东为90度；步骤5.4：求D在X、Y上沿起始点(x 0 ,y 0 )到垂足(x 1 ,y 1 )方向上的投影向量(ΔX,ΔY)： 10.如权利要求9所述的雷达定位相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤6包括如下步骤：步骤6.1：对次站雷达其它任意观测点极坐标(ρ c ,θ c ,h c )进行测向误差Δθ cz 修正，转换为以本站为中心的二维直角坐标(X′ c ,Y′ c )：步骤6.2：将(X′ c ,Y′ c )转换为中心统一直角坐标，即为次站雷达测向修正点(X′ xc ,Y′ xc )：X′ xc ＝X′ c cosδ xc -Y′ c sinδ xc +X cxY′ xc ＝X′ c sinδ xc +Y′ c cosδ xc +Y cx其中：(X cx ,Y cx )为次站雷达在中心统一直角坐标系中的坐标；δ xc 为次站雷达站址与直角坐标系中心点的经度差(单位为弧度)；步骤6.3：将测向修正点(X′ xc ,Y′ xc )进行定位误差修正，得到次站雷达定位误差修正点(X″ xc ,Y″ xc )：X″ xc ＝X′ c +ΔXY″ xc ＝Y′ c +ΔY。