测向交叉定位协同信息远程传输方法创新论文.docx

测向交叉定位协同信息远程传输方法创新论文

2012年12月北斗二代卫星导航系统正式开通，其服务区域覆盖了我国全境、西太平洋及南海广大海域。北斗系统所独有的短报文通信功能可以实现用户与用户、用户与地面控制中心之间的双向报文通信，作用距离能够跨越北斗系统的整个服务区域。同时，北斗短报文通信作为一种可靠的远程数据传输手段，目前在通信领域已经得到了广泛的应用[5?8]。为此，本文提出利用北斗短报文远程通信手段增加基线长度，提高协同定位精度的舰载被动传感器测向交叉定位方案。本文在简单介绍测向交叉定位工作原理的基础上，依据北斗短报文通信的技术指标对方案进行可行性分析；然后从系统设计、工作流程、通信协议和差错控制四个方面对方案进行详细阐述。1测向交叉定位工作原理测向交叉定位工作原理如图1所示。由图1可以看出，测向交叉定位主要分为以下三个阶段：图1测向交叉定位工作原理（1）建立通信发起方发送建立通信申请报文，其主要内容为发起方通信地址、时间信息和发起方位置信息。协同方接收后结合自己位置解算发起方方位距离，并准备发回响应报文。协同方发送建立通信响应报文，其内容包括时间信息和协同方位置信息，发起方接收后结合自己位置解算协同方方位距离，并确认双方通信建立完毕。（2）确定定位目标发起方发送协同定位申请报文，其中包含了时间信息、发起方位置信息、协同探测目标批号、目标辐射源载频、脉宽、重复频率信息，协同方接收后确认协同定位目标，准备开始协同定位。（3）解算目标位置现有文献介绍比较多的测向交叉定位方法是先计算出定位误差的非线性最小二乘估计初始值，再利用迭代法得到目标位置的最优估计[9?10]。因此，协同方需发送协同定位报文，将时间信息、协同探测目标批号、目标方位、协同方位置信息提供给发起方。发起方接收后解算出定位误差最小二乘估计的初始值，并返回一个包含已完成迭代运算次数的响应报文，初始值设为0。协同方根据响应报文继续向发起方发送目标方位信息直到迭代运算次数满足要求后停止发送协同定位报文，协同定位结束。2北斗短报文应用于测向交叉定位的可行性分析将北斗短报文通信作为协同定位信息传输手段，应用于测向交叉定位的可行性分析如下：（1）数据量北斗短报文通信采用ASCII编码，每次的内容长度不超过200B。根据前面对各种协同报文内容的分析，北斗信道的通信数据量完全可以满足测向交叉定位协同信息交换的要求。（2）数据率本文提出的基于北斗信道的.测向交叉定位是以海上目标作为探测对象，运动速度较慢。北斗短报文通信的服务频度根据用户等级区分为1s，10s，30s，60s，通信服务响应时间在1s左右[5]。选用较高等级的用户卡完全能够满足被动传感器对目标快速连续跟踪定位的要求。（3）通信距离在北斗卫星导航系统的覆盖范围内都可以进行北斗短报文通信。目前已建成的北斗二代卫星导航系统的服务区域涵盖了我国及周边地区，且北斗短报文通信不存在盲区，因此其作用距离几乎不受限制。（4）可靠性与安全性北斗短报文通信采用扩频通信传输方式，具有较强的抗干扰、抗噪音、抗多路径衰减能力。由于其频谱密度较低，因此还具有隐蔽性和低的截获概率。北斗终端根据SIM卡生成的惟一扩频码将短报文通信上行数据发送到卫星，北斗地面控制中心则将短报文通信下行数据送到用户终端后通过SIM卡进行解密，从而实现了保密通信[6]。3基于北斗短报文的测向交叉定位方案3.1系统设计基于北斗短报文的测向交叉定位方案主要是采用北斗短报文通信替换原有的协同定位信息传输手段。在每个协同定位单元在增设一个北斗用户机的基础上，再加载一台PC机作为协同信息处理设备。北斗用户机负责提供舰艇位置信息和建立北斗短报文通信；被动传感器负责目标辐射源探测和识别；PC机负责对北斗用户机进行通信控制，获取协同定位舰艇相对态势和解算协同定位目标位置。总体设计方案原理如图2所示。3.2工作流程北斗用户机、PC机和被动传感器开机后，PC机自动接收被动传感器探测到的目标辐射特征信息和识别信息，同时控制北斗用户机依次向各协同舰艇发送含有本舰位置信息的短报文，并自动接收其他舰艇发送的位置信息，形成态势图。操作员在PC机的目标辐射源列表中选定目标后，再选择与本舰和目标构成较佳的相对位置关系（等腰三角形）的舰艇进行协同定位。PC机控制北斗用户机与协同舰艇建立通信后，按照图1所示的测向交叉定位工作流程生成协同报文与协同定位舰艇进行信息交换，最终完成目标位置的解算。得到的目标位置可以通过Socket通信传回被动传感器，由被动传感器发送到作战信息网络，为指挥决策和武器使用提供目标指示。图2基于北斗短报文的测向交叉定位方案原理图3.3通信协议本文用串口通信将北斗用户机与PC机连接起来，其通信协议的各种功能是通过指令方式实现的。北斗用户机的指令可以分为定位类、通信类、查询类、授时类和状态类