Thuật toán định vị TDOA 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 định vị mục tiêu là các nguồn bức xạ theo nguyên lý TDOA sử dụng trạm thu cơ động cho phép nâng cao khả năng cơ động, linh hoạt trong thay đổi vùng và hướng trinh sát. Trên cơ sở mô hình hệ thống, xây dựng thuật toán định vị 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 TDOA trong mô hình hệ thống Ra Đa thụ động với trạm thu cơ động Nghiên cứu khoa học công nghệ THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ TDOA TRONG MÔ HÌNH HỆ THỐNG RA ĐA THỤ ĐỘNG VỚI TRẠM THU CƠ ĐỘNG Lương Văn Trình*, Trần Văn Hùng Tóm tắt: Mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí định vị mục tiêu là các nguồn bức xạ theo nguyên lý TDOA sử dụng trạm thu cơ động cho phép nâng cao khả năng cơ động, linh hoạt trong thay đổi vùng và hướng trinh sát. Trên cơ sở mô hình hệ thống, xây dựng thuật toán định vị 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 TDOA, Trạm thu cơ động. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mô hình hệ thống ra đa thụ động với việc sử dụng nhiều trạm thu cố định phân bố có ưu điểm là cho phép định vị nhanh mục tiêu với độ chính xác cao. Tuy nhiên, với địa hình Việt nam việc sử dụng nhiều trạm thu cố định phân bố gây khó khăn trong triển khai hệ thống; phức tạp trong liên kết thông tin, dữ liệu và đồng bộ giữa các trạm thu với trung tâm xử lý; thu được tín hiệu của cùng một mục tiêu từ nhiều trạm thu phân bố [1,2]. Trong tài liệu [3-5] nghiên cứu mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí với trạm thu cơ động. Việc sử dụng trạm thu cơ động cho phép nâng cao khả năng cơ động, linh hoạt trong điều chỉnh hướng và khu vực trinh sát, đơn giản trong thực hiện kỹ thuật và triển khai hệ thống. Nội dung bài báo là nghiên cứu thuật toán định vị TDOA (Time Difference of Arrival) trong mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí với trạm thu cơ động, dẫn ra đánh giá hiệu quả định vị của thuật toán khi có tính đến sai số đo. 2. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ TDOA TRONG MÔ HÌNH HỆ THỐNG RA ĐA THỤ ĐỘNG HAI VỊ TRÍ VỚI TRẠM THU CƠ ĐỘNG Cấu trúc không gian của thuật toán định vị TDOA trong mô hình hệ thống ra đa thụ động hai vị trí với trạm thu cơ động được mô tả trên hình 1. Vị trí trạm thu cố định T1 được chọn là gốc tọa độ O (0,0,0) của hệ thống; ( x 2 / i , y 2 / i , z 2 / i ) - tọa độ của trạm thu cơ động T2 ; ( xM / i , yM / i , zM / i ) - tọa độ của mục tiêu M . Trong khoảng thời gian quan sát 0, t n  , ở đây n - số điểm đo, tại mỗi điểm đo ti , i  0, n  xác định được hiệu cự ly [1,2]: d i  ct i  r2 / i  r1 / i , (1) với r1 / i  xM2 / i  yM2 / i  zM2 / i ; r2 / i  xM / i  x2 / i 2   yM / i  y2 / i 2  zM / i  z2 / i 2 ; c  3108 m/c; ti - hiệu thời điểm xuất hiện tín hiệu của mục tiêu trên đầu ra máy thu tại các trạm thu T1 , T2 ; Li  x22/ i  y22/ i  z22/ i - khoảng cách giữa hai trạm thu. Để phù hợp với các qui luật chuyển động của mục tiêu, quỹ đạo chuyển động của mục tiêu M được mô tả gần đúng bằng hệ các đa thức bậc K [1]: K K K xM / i  x0   tip k x / p , yM / i  y0   tip k y / p , zM / i  z0   tip k z / p , (2) p 1 p 1 p 1 trong đó, x0 , y 0 , z 0 - tọa độ của mục tiêu tại thời điểm t0  0 ; k x / p , k y / p , k z / 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 . Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 19  Ra đa Thuật toán định vị TDOA ước lượng tọa độ của mục tiêu  xM , yM , zM  được được mô tả bằng hệ phương trình [5]: d   x  x 2   y  y 2   z  z 2  x 2  y 2  z 2 i M /i 2/i M /i 2/i M /i 2/i M /i M /i M /i  (3) i  1,..., n, Biến đổi hệ phương trình (3), nhận được hệ phương trình tương đương:  1 2  x2 / i x M / i  y 2 / i y M / i  z 2 / i z M / i  d i r1 / i  Li  d i 2 2   (4)  i  1,..., n. Khi có sự chuyển động của mục tiêu M và trạm thu cơ động T2 , tại mỗi điểm đo ti , xác định được các tham số d i , Li , x2 / i , y2 / i , z 2 / i , i  1,..., n . Khi thay thế các tọa độ của mục tiêu (2) vào hệ phương trình (4), ước lượng tọa độ và các tham số chuyển động của mục tiêu nhận được bằng việc giải hệ phương trình [4]: 1 2  K   K   K   Li  d i 2 x  x 2/i 0   t p k  i x/ p   y  y 2/i 0   t p k  i y/ p   z  z 2/i 0   tip k z / p   d i r1 / i 2 ...