Thuật toán định vị Hybrid TDOA-AOA trong mô hình hệ thống ra đa thụ động với trạm thu cơ động

Mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí với trạm thu cơ động, định vị mục tiêu là các nguồn bức xạ theo nguyên lý hybrid TDOA-AOA cho phép sử dụng tối đa thông tin trinh sát về mục tiêu để nâng cao độ chính xác định vị. Trên cơ sở mô hình hệ thống, xây dựng thuật toán định vị hybid TDOA-AOA ước lượng tọa độ và các tham số chuyển động của mục tiêu, đưa ra đánh giá độ chính xác định vị của thuật toán khi có tính đến sai số đo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thuật toán định vị Hybrid TDOA-AOA trong mô hình hệ thống ra đa thụ động với trạm thu cơ động Nghiên cứu khoa học công nghệ THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ HYBRID TDOA-AOA TRONG MÔ HÌNH HỆ THỐNG RA ĐA THỤ ĐỘNG VỚI TRẠM THU CƠ ĐỘNG Lương Văn Trình*, Trần Văn Hùng, Trần Công Tráng Tóm tắt: Mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí với trạm thu cơ động, định vị mục tiêu là các nguồn bức xạ theo nguyên lý hybrid TDOA-AOA cho phép sử dụng tối đa thông tin trinh sát về mục tiêu để nâng cao độ chính xác định vị. Trên cơ sở mô hình hệ thống, xây dựng thuật toán định vị hybid TDOA-AOA ước lượng tọa độ và các tham số chuyển động của mục tiêu, đưa ra đánh giá độ chính xác định vị của thuật toán khi có tính đến sai số đo. Từ khóa: Ra đa thụ động, Nguồn bức xạ, Thuật toán định vị hybrid TDOA-AOA, Ước lượng tọa độ. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Để định vị mục tiêu là các nguồn bức xạ vô tuyến, trong ra đa thụ động sử dụng các phương pháp dựa trên đo lường hiệu khoảng cách TDOA, hiệu lệch tần đốp le FDOA, thời gian lan truyền của tín hiệu TOA, góc hướng đến mục tiêu AOA [1,2]. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, được lựa chọn phụ thuộc vào mục đích và khu vực tác chiến. Phương pháp AOA có ưu điểm như chỉ cần hai trạm thu phân bố, thuật toán định vị đơn giản, tuy nhiên, thuật toán định vị AOA có độ chính xác định vị thấp. Phương pháp TOA có độ chính xác định vị cao, nhược điểm là cần có trạm phát tín hiệu thăm dò, yêu cầu đồng bộ thời gian giữa trạm phát và trạm thu. Phương pháp TDOA có độ chính xác định vị cao, nhược điểm là để xác định vị trí của mục tiêu trong không gian cần tối thiểu bốn trạm thu phân bố, yêu cầu đồng bộ giữa các trạm thu với trung tâm xử lý, phức tạp trong triển khai kỹ thuật. Kết hợp hai hay nhiều phương pháp định vị cho phép phát huy được các ưu điểm của mỗi phương pháp và nâng cao độ chính xác định vị. Vì thế, phương pháp định vị hybrid TDOA-AOA phát huy được ưu điểm của cả hai phương pháp như giảm số các trạm thu phân bố, nâng cao độ chính xác định vị [5]. Bài báo nghiên cứu thuật toán hybrid TDOA-AOA định vị mục tiêu trên cơ sở mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí với trạm thu cơ động, đưa ra các đánh giá độ chính xác định vị khi có tính đến sai số đo. 2. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ HYBRID TDOA-AOA VỚI TRẠM THU CƠ ĐỘNG Trên hình 1 mô tả cấu trúc không gian của thuật toán định vị hybrid TDOA- AOA trong mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí với trạm thu cơ động. Vị trí trạm thu cố định T1 được chọn là gốc tọa độ O(0,0,0) của hệ thống. Tại thời điểm ti , tọa độ của trạm thu cơ động T2 là ( x 2 / i , y 2 / i , z 2 / i ) ; mục tiêu M là ( xM / i , y M / i , z M / i ) . Trong đó, trạm thu cơ động T2 chuyển động tương đối so với trạm thu cố định T1, mục tiêu M chuyển động tương đối so với cả hai trạm thu. Trong thời gian quan sát 0, t n  , ở đây n - số điểm đo, tại mỗi điểm đo ti , i  0, n định được hiệu cự ly di  r1 / i  r2 / i từ mục tiêu M đến các trạm thu T1 và Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 137  Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa T2; Li  x22/ i  y22/ i  z22/ i - khoảng cách giữa hai trạm thu. Trong khoảng quan sát 0, tn  , tại một số điểm đo t j , j  0, h , h  n , trạm thu T1 xác định được phương vị 1 / j và góc tà  1 / j của mục tiêu. Trong thời gian quan sát 0, t n  , quỹ đạo chuyển động của mục tiêu M được mô tả gần đúng bằng hệ các phương trình đa thức bậc K [1,2]: K K K xM / i  x0   tip a p , yM / i  y0   tipbp , zM / i  z0   tip c p . (1) p 1 p 1 p 1 Trong đó, x0 , y0 , z0 - tọa độ mục tiêu tại thời điểm t0  0 ; a p , b p , c p - các tham số chuyển động (vận tốc, gia tốc, …) của mục tiêu theo các trục tọa độ tương ứng; r1 / 0  x02  y02  z02 - cự ly ban đầu của mục tiêu so với trạm thu T1. Theo phương trình hiệu cự ly và cấu trúc không gian trên hình 1, ta có [2,3]: r2 / i  di  r1 / i , (2) trong đó, r1 / i  xM2 / i  yM2 / i  z M2 / i - khoảng cách từ mục tiêu đến trạm thu T1; r2 / i  xM / i  x2 / i 2   yM / i  y2 / i 2  zM / i  z2 / i 2 - khoảng cách từ mục tiêu đến trạm thu T2. Bình phương hai vế của phương trình (2), nhận được phương trình: r22/ i  d i2  r12/ i  2d i r1 / i , (3) thay thế khoảng cách r1 / i , r2 / i vào phương trình 3 và biến đổi, nhận được thuật toán TDOA xác định các tọa độ mục tiêu [7]: L2i  d i2  2 x2 / i xM / i  2 y2 / i yM / i  2 z 2 / i z M / i  2d i r1 / i ; i  1,..., n , (4) Theo cấu trúc không gian, thuật toán AOA xác định tọa độ mục tiêu có dạng [2,4,6]: 138 L.V. Trình, T.V. Hùng, T.C. Tráng, “Thuật toán định vị hybrid… trạm thu cơ động.” Nghiên cứu khoa học công nghệ  yM / j tg1 / j  x  M/j  (5) tg   z M / j , j  1,..., h,  1 / j r10 / j  Tổng hợp (4) và (5), ước lượng tọa độ mục tiêu nhận được bằng giải hệ phương trình của thuật toán hybrid TDOA-AOA [2,3,5]:  L2i  d i2  2 x2 / i xM / i  2 y 2 / i y M / i  2 z 2 / i z M / i  2d i r1 / i  0  xM / j sin 1 / j  y M / j cos 1 / j  ...