滤波初值对测向定位的影响及其消除方法

基于运动单站测向交叉定位中将滤波初值分成两类，该文从几何原理上解释了不同类型的滤波初值对定位结果的影响；提出了通过增加相位差观测量，利用相位差的变化率和方位角信息，将非线性系统转换成线性系统，再利用卡尔曼滤波来改善定位结果对滤波初值依赖性的方法。转换后的线性系统在利用卡尔曼滤波时，初始值可以根据以前的测量值得到。模拟仿真表明该方法能有效摆脱定位结果对滤波初值的依赖，且定位精度在2%以内。
关 键 词 测向交叉定位; 卡尔曼滤波; 非线性滤波; 相位差变化率
中图分类号 TN971.+3 文献标识码 A
Influence and Elimination of Algorithm Initial Value in Bearing-Only Passive Location
LI Shao-rong1，FU 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

基于运动单站的测向交叉定位，实质上是一个非线性滤波问题。为求得非线性问题的次优解，基于贝叶斯原理的滤波技术受到了广泛的应用，其中应用较多的有扩展卡尔曼滤波(EKF)[1-3]、Unscented卡尔曼滤波(UKF)[4-5]、粒子滤波(PF)[6-8]。这些滤波算法的收敛性对初值的选取有较强的依赖性。然而当初值满足算法收敛要求时，定位结果与真实位置可能还会有一定的误差。改善这种误差的有效方法之一是增加观测量，文献[9]提出了只利用相位差变化率对目标进行定位的方法。该方法的观测量为两个相位差，滤波模型为一非线性模型。它使用两个正交干涉仪，利用EKF算法，对初始值的依赖性有了一定的改善。本文在测向的基础上，增加了一个相位差，将非线性滤波模型转换成线性模型，利用卡尔曼滤波(KF)，摆脱了定位结果对滤波初值的依赖性。实际工程应用中，由于无法精确得到目标位置的先验信息，而使滤波初值有较大的误差，这可能导致定位结果出现较大的误差，甚至错误。本文提出了一种不需要利用先验信息，能有效地降低滤波初值对定位结果的影响的方法。
1 测向交叉定位
测向交叉定位[10]的几何原理图如图1所示。

5 总 结
实际工程中，由于目标位置的先验信息无法及时获得，使测向交叉定位出现较大的误差，本文从根本上分析了产生这种误差的原因，并通过增加相位差观测量，将非线性滤波转换成线性滤波，不需要目标位置的先验信息就可对目标进行精确定位。