無人機(jī)載多站無源定位系統(tǒng)精度的探討

陳仕林 鄒敬文

摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人機(jī)的使用范圍越來越廣泛。人們對于無人機(jī)的技術(shù)發(fā)展備受關(guān)注，在現(xiàn)階段無人機(jī)載多站無源定位系統(tǒng)是一項(xiàng)先進(jìn)的偵查探測系統(tǒng)，能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位探測，具有較強(qiáng)的抗干擾能力及偵查能力，而由多架無人機(jī)構(gòu)成的載多站無源定位系統(tǒng)能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高低空的目標(biāo)定位，本文將通過對無人機(jī)載多站無源定位系統(tǒng)的精度進(jìn)行深入分析研究。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)載多站;無源定位系統(tǒng);精度分析

隨著無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，對于人們的生活產(chǎn)生了巨大的改變，無人機(jī)將被廣泛應(yīng)用于社會發(fā)展的眾多領(lǐng)域當(dāng)中以及我國軍事當(dāng)中。在無人機(jī)技術(shù)中，無源定位系統(tǒng)作為一項(xiàng)重要組成部分，在無人機(jī)的使用中發(fā)揮著巨大作用。它能夠不需要發(fā)射任何信號就可實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的發(fā)現(xiàn)識別及定位跟蹤，進(jìn)行全程監(jiān)控，而且對人體健康和電子設(shè)備不會產(chǎn)生任何影響，是一項(xiàng)具有眾多優(yōu)勢的探測系統(tǒng)。

一、無人機(jī)載多站無源定位技術(shù)發(fā)展及原理

我國經(jīng)過多年發(fā)展，經(jīng)濟(jì)條件得到了巨大的改善，科技水平和軍事實(shí)力也得到了極大的增強(qiáng)，很多先進(jìn)的武器裝備被列裝軍隊(duì)，尤其是我國的無人機(jī)。更是在全球被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)階段我國的無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)在全世界被推廣。在無人機(jī)技術(shù)中，無源定位系統(tǒng)具有重要作用，無人機(jī)技術(shù)自發(fā)展以來，雖然對我國的社會發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但是伴隨著無人機(jī)的出現(xiàn)，對于民航來說具有極大的干擾，因此很多地區(qū)對無人機(jī)嚴(yán)管力度不斷加強(qiáng)，甚至禁止無人機(jī)飛行。隨著此類現(xiàn)象的不斷發(fā)生，我國進(jìn)而研發(fā)出了無人機(jī)的無源偵測技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)對無人機(jī)的使用具有良好的效果，解決了無人機(jī)干擾民航的問題。

無源定位探測技術(shù)是基于無源雷達(dá)探測，大大提升了無人機(jī)的定位精度、減小誤差，能夠在無人機(jī)的使用中容納多個接收站，使無人機(jī)載多站的布局更加合理。在無人機(jī)的無源定位技術(shù)中，最為常見的是時(shí)差定位法，它能夠進(jìn)行多架無人機(jī)的處理，將無人機(jī)探測到的目標(biāo)信號到達(dá)的時(shí)間差數(shù)據(jù)進(jìn)行無源定位。通過接收到的輻射源進(jìn)行時(shí)間差的測量，在通過通信平臺到達(dá)主平臺中[1]。主平臺能夠控制整個系統(tǒng)中子平臺的活動，在主平臺的指揮下完成區(qū)域信號的偵查，并將偵測到的信號特征發(fā)送到無人機(jī)。

二、無人機(jī)無源定位系統(tǒng)技術(shù)及精度分析

（一）時(shí)差定位法可通過兩點(diǎn)間的時(shí)間差確定探測目標(biāo)位置，通過測量無人機(jī)載多站各站輻射源的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)定位。能夠有效衡量無人機(jī)的探測性能，定位的精度在通常情況下利用GDOP來進(jìn)行衡量。如果GDOP值越小，那么定位精度就越高，反之同理[2]。但是在時(shí)差的測量當(dāng)中包含主站測量到達(dá)時(shí)間的誤差，因此站址誤差各元素之間互不相關(guān)。

（二）在無源定位系統(tǒng)中交叉定位法也可通過高精度的測量設(shè)備對目標(biāo)進(jìn)行定位跟蹤，能夠在不同的位置進(jìn)行多次方位測量，通過交叉線的為支點(diǎn)獲得雷達(dá)的位置，進(jìn)而通過三角運(yùn)算確定坐標(biāo)。具有全方位探測且探測距離較遠(yuǎn)的優(yōu)勢。

（三）單站多點(diǎn)定位也是無源定位技術(shù)的一種，能夠通過一個測量站確定目標(biāo)的空間位置，還有比相定位法，多普勒頻率定位法等在無人機(jī)無源系統(tǒng)定位技術(shù)中都具有十分重要的作用。

以時(shí)差定位法為例用來測量定位的精度，時(shí)差定位精度的高低在通常情況下通過GODP來衡量，如果GODP的值越小，那么證明定位的精度就越高，反之同理。將時(shí)間的誤差標(biāo)記為，噪聲的誤差為，得出的信噪比為S/N引入的時(shí)差測量誤差為在此方程式中，將作為脈沖上升的時(shí)間，范圍在50ns-200ns，S/N一般取10dB，得出為8ns-32ns，如果接收機(jī)的幅度不平衡，將誤差標(biāo)注為，則會得出，當(dāng)時(shí)，得出為6ns-24ns，如果接收機(jī)的相位不平衡，將誤差標(biāo)注為，則會得出，，如果相位的一致性小于30度，則小于0.3ns，可以忽略不計(jì)。因此得出時(shí)差測量誤差的公式為，測量后的總誤差大約在100ns左右，因此如果減少脈沖上升時(shí)間，能夠有效提高接收機(jī)幅度和相位的一致性，進(jìn)而提高時(shí)差的測量精度，提高無人機(jī)的定位精度。

三、提升無源定位系統(tǒng)精度的有效策略

（一）首先要對偵查的設(shè)備進(jìn)行檢查，減少設(shè)備測量誤差，偵查設(shè)備出現(xiàn)誤差直接影響著定位精度，在測量前必須對其進(jìn)行調(diào)試并且保證使用型號相同。如果測量設(shè)備在測量時(shí)產(chǎn)生的誤差較大，會直接影響基站到目標(biāo)之間的距離，導(dǎo)致定位精度降低，因此在設(shè)備選用時(shí)應(yīng)選擇精度較高的設(shè)備進(jìn)行測量，避免誤差過大對定位精度造成影響。

（二）偵查人員的操作水平對接下來的偵查工作具有一定影響，在確定目標(biāo)位置前嚴(yán)格選用正確的測量方式，如發(fā)現(xiàn)目標(biāo)方位存在異常，應(yīng)及時(shí)修正并要排除偵查范圍與雷達(dá)不在可定范圍內(nèi)的情況[3]。保證交會角度的精確性。

（三）要進(jìn)行多次測量同一信號，進(jìn)一步提升信號的識別能力，可通過交叉定位法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在偵察前選擇好位置，盡量能夠使觀測點(diǎn)距離目標(biāo)更近一些，避免遮蔽角和交會角超出可定范圍，遠(yuǎn)離可能反射出電磁波的位置。

（四）無人機(jī)基線的長度也會對定位的精度產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行偵查設(shè)備安裝時(shí)，將定位算法直接引入其中，在不影響無人機(jī)正常運(yùn)行的情況下在機(jī)尾安裝天線，根據(jù)機(jī)體的實(shí)際情況適當(dāng)加長天線基線，在定位到輻射源之后，必須確保偵察接收機(jī)不受輻射源的影響正常工作，在無人機(jī)飛行時(shí)保障飛行方向平穩(wěn)，避免受外界干擾引起側(cè)滑或者方向出現(xiàn)極大的誤差。

結(jié)束語：

針對無人機(jī)載多站的無源定位技術(shù)中可分為多種類的測量方法，例如本文提到的時(shí)差定位法、交叉定位法、以及單站多點(diǎn)定位法等等。本文以時(shí)差定位法為例進(jìn)行了測量精度的分析，并提出了能夠提高測量精度的有效策略。雖然我國無人機(jī)定位技術(shù)正在逐步走向成熟，但是在很多方面還需借鑒國外技術(shù)并加強(qiáng)研究，進(jìn)一步提升無人機(jī)定位系統(tǒng)的性能，對于我國科技的發(fā)展也同樣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉文躍 彭士狄 王廣學(xué) 劉欣. 基于修正導(dǎo)航數(shù)據(jù)的機(jī)載單站無源定位精度提升方法[J]. 空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，（003）：199-202

[2] 秦永. 基于TDOA-DOA的多站無源定位系統(tǒng)性能分析[J]. 南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，（003）：85-89

[3] 鄒峰 楊文舉 張殿友 童衛(wèi)東. 一種多站無源時(shí)差定位系統(tǒng)內(nèi)場模擬測試方法[J]. 艦船電子對抗，2020，（004）：32-37

作者簡介：陳仕林（1999-4），性別：男，民族：漢，籍貫：四川綿陽，職務(wù)：學(xué)員，學(xué)歷：本科，單位：中國人民解放軍陸軍炮兵防空兵學(xué)院，研究方向：無人機(jī)作戰(zhàn)工程，單位所在省市：安徽合肥 230000

（中國人民解放軍陸軍炮兵防空兵學(xué)院?安徽?合肥?230000）