三星无源定位的精度分析及定位算法

第２９卷第２期

２００８年

３月

航空学报Ｖ０１．２９Ｎｏ．２

ＡＣＴＡＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＥＴＡＳＴＲＯＮＡＵＴＩＣＡＳＩＮＩＣＡＭａｒ．

２００８

文章编号：１０００—６８９３（２００８）０２—０４５６—０６

三星无源定位的精度分析及定位算法

刘庆富，卢艳娥，李晓明，袁火平

（空军工程大学电讯工程学院，陕西西安

７１００７７）

ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＴｒｉｐｌｅ－ｓｔａｒＰａｓｓｉｖｅＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ

ＬｉｕＱｉｎｇｆｕ，ＬｕＹａｎ’ｅ，ＬｉＸｉａｏｍｉｎｇ，ＹｕａｎＨｕｏｐｉｎｇ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ

７１００７７，Ｃｈｉｎａ）

摘要：在三颗地球同步卫星加气压高度表的无源定位中，定义了气压高度表水平几何误差因子（ＨＤＯＰ）和伪距位置几何误差因子（ＰＤＯＰ），并给出了相应的数学表达式和分布图。提出了在卡尔曼滤波算法中增加多普勒频率作为观测量，同时选用衰减记忆法滤波，并给出了相应的算法。仿真结果表明：衰减记忆法滤波可以有效克服因Ｓｉｎｇｅｒ模型不准确引起的卡尔曼滤波发散；对于高中动态用户，增加多普勒频率后的衰减记忆卡尔曼滤波算法的定位精度要高于常规卡尔曼滤波法和迭代最小二乘法的定位精度。关键词：无源定位；多普勒频率；几何误差因子；卡尔曼滤波；衰减记忆法滤波中图分类号：ＴＮ９６７．１

文献标识码：Ａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆｔｈｒｅｅｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｐｌｕｓｂａｒｏｍｅｔｒｉｃａｌａｌｔｉｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｂａｒｏｍｅｔｒｉ—ｃａｌａｌｔｉｍｅｔｅｒ’ｓ

ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｌｕｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（ＨＤＯＰ）ａｎｄｔｈｅｐｓｅｕｄｏ—ｒａｎｇｅ’ｓｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｌｕｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎ

ａｒｅ

（ＰＤＯＰ）ａｒｅｂｏｔｈｄｅｆｉｎｅｄ。ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｓａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｉｇｕｒｅｓｏｆｓｕｃｈＨＤＯＰａｎｄＰＤＯＰＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇｔｈｅＤｏｐｐｌｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓａｄｄｅｄｅｍｐｌｏｙｅｄ，ａｌｓｏ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｍｅｍｏｒｙｆｉｌｔｅｒｉｎｇＦｏｒｈｉｇｈａｎｄ

ｃａｎ

ａｓ

ａ

ａｌｓｏｇｉｖｅｎ．Ｉｎ

ｎｅｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅａｔｔｅｎｕａｔｅｄｍｅｍｏｒｙｆｉｌｔｅｒｉｎｇｉｓ

ａｒｅ

ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ

ｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅａｔｔｅｎｕａｔｅｄ

ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｖｅｎｔＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇｆｒｏｍｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ

ａｓ

ａ

ｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｉｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆＳｉｎｇｅｒｍｏｄｅｌ．

ｍｅｄｉｕｍｄｙｎａｍｉｃｕｓｅｒｓ，ｂｙａｄｄｉｎｇＤｏｐｐｌｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

ｃａｎ

ｎｅｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｈｉｇｈｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｅｃｉ—

ｓｉｏｎｏｆＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ，ａｎｄｔｈｉｓｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓａｌｓｏｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｈｅｒａｔｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｓｓｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，Ｄｏｐｐｌｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｄｉｌｕｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；ａｔｔｅｎｕａ—ｔｅｄｍｅｍｏｒｙｆｉｌｔｅｒｉｎｇ

双星（两颗地球同步卫星）有源定位体制存在诸多缺点，如系统的用户数量有限；定位时间偏长，只适合于低动态和静态用户；以及用户无法保持无线电寂静，隐蔽性差等［１ｑ］。因此，探索３颗地球同步卫星（下文简称三星）无源定位具有很大的现实意义。而在利用测量用户到卫星的伪距进行定位时，为了确定用户的三维位置和用户的时钟误差，至少需要４颗卫星的伪距观测量［５］。针对该问题，文献Ｆ１－］提出了三星加气压高度表无源定位的思想，并得出三星定位精度与海拔高度测量精度有关等结论；文献Ｅ２－］提出了双星定位系统无源测距信息与多普勒导航系统组合导航的方法，其可以获得较高的导航定位精度。另外，文献［－３３和文献Ｉ－６－１分别给出了伪卫星增强无源定位系统方案，以及基于该方案的几何误差因子（ＧＤＯＰ）研究。实际上由全球定位系统（ＧＰＳ）的选择卫星算法口３可以看出，三星无源定位的定位精度受

收稿日盯：２００７－０４—０ …… 此处隐藏：9849字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……