星载无源探测长基线无模糊测向方法研究

发布时间：2020-07-05 20:33

【摘要】：利用卫星平台搭载电子侦察设备对辐射源信号进行截获、处理,估计辐射源信号参数,确定辐射源位置信息,具有探测距离远、生存能力强以及全天候监视等优点。波达角度信息由观测平台与辐射源的相对位置确定,是复杂电磁环境下表征辐射源信息的重要参数之一。对于星载无源探测系统而言,其测向性能往往受卫星平台尺寸、载荷能力等因素的限制。因此,如何在卫星平台尺寸、载荷能力有限的条件下提高辐射源的测向精度是星载无源探测关键技术之一。利用长基线(测量基线长度远大于辐射源信号波长)测向系统对辐射源参数进行估计,可以在保证测向精度的前提下有效降低测向系统的复杂度。然而,利用长基线测向技术对辐射源参数进行估计往往存在严重的测向模糊问题,从而制约着星载无源探测系统对辐射源的定位能力。针对星载长基线测向系统存在的测向模糊问题,本文重点对长基线高精度无模糊测向方法、时频重叠多辐射源参数无模糊估计方法、低复杂度宽频程电侦阵列设计与辐射源目标参数无模糊估计方法进行了研究。主要研究工作总结如下:1.研究了圆阵干涉仪测量相位差存在相位模糊时的辐射源参数无模糊估计问题。首先,在分析圆阵干涉仪相邻天线单元接收数据相位差变化规律基础上,得到了圆阵干涉仪相邻天线单元无模糊相位差随天线单元序列呈正弦曲线变化的关系。因此,辐射源的角度参数可以通过相位差变化曲线参数的检测得到。基于此,分别提出了基于相位差曲线恢复和基于随机Hough变换相位差曲线参数检测的两种辐射源参数无模糊估计方法。两种方法均考虑了圆阵干涉仪测量相位差存在模糊的情况,提高了辐射源角度参数的估计精度。此外,所提算法在宽频程测向中可以灵活选择基线组合,利用所有的测量相位差序列对辐射源参数进行估计,有效提高了测向精度与稳健性。2.针对传统相位干涉仪测向方法无法实现时频重叠多辐射源目标参数估计的问题,提出了一种基于旋转干涉仪虚拟圆阵化的多辐射源参数估计方法。该算法首先将旋转干涉仪采样得到的两通道数据进行共轭相乘操作,获得虚拟圆阵数据;然后基于相位模式理论将虚拟圆阵数据从阵元空间转换到波束空间,得到虚拟线阵数据序列;最后在实波束域上对多目标两维角度参数进行无模糊估计。理论分析和仿真实验表明,所提方法可以在不增加干涉仪测向系统接收通道的同时,能够实现时频重叠多辐射源目标参数的无模糊估计。3.研究了低复杂度宽频程电子侦察接收阵列的布阵优化与多辐射源目标参数无模糊估计问题。首先对互质阵列特点进行了介绍,并对互质阵列应用在宽频程阵列设计与多目标参数无模糊估计的可行性进行了分析;在此基础上,从降低阵列互耦对宽频程入射信号测向性能影响和宽频程条件下多辐射源参数无模糊估计角度出发,建立了宽频程电侦阵列的优化布阵准则;最后,分别提出了基于双平行互质阵列和基于互质面阵的两种宽频程电侦阵列的布阵与多目标参数无模糊估计方法。理论分析和仿真实验表明,所提宽频程电侦阵列布阵方法可以有效降低阵元间的互耦影响,并且能够对多辐射源信号参数进行无模糊估计。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V474.27;E933
【图文】：

论文各章节结构关系图

fi图2.1 卫星轨道面示意图卫星绕地球运动关系可看作是二体问题，根据开普勒定律可以知道：在地球引力的作用下，卫星平台绕地球运行的轨道为一个开普勒椭圆，并且地球质心位于该椭圆的一个焦点上。对于椭圆卫星轨道而言，卫星轨道运动状态可以利用开普勒轨道参数来描述，各参数定义说明如表 2.1 所示。表2.1 卫星开普勒轨道参数说明轨道参数 定义 说明轨道长半轴a 轨道椭圆长轴的一半 决定轨道大小轨道偏心率e轨道椭圆半焦距c与半长轴a的比值e c a决定轨道形状轨道倾角i轨道平面正法向与地球北极之间的夹角决定轨道平面空间指向升交点赤经 沿赤道面逆时针方向春分点到升交点的地心张角决定轨道平面空间指向近地点角 沿顺轨道方向轨道升交点与近地点之间的夹角决定近地点在轨道平面内的指向近地点时刻 卫星经过近地点的时刻（该要素可用真近点角 f 替代）确定卫星某时刻在空间的瞬时位置

iO图2.2 地心惯性坐标系示意图2 大地坐标系大地坐标系是大地测量中以大地子午面、赤道平面和参考椭球面为基准建立起来的坐标系，在大地坐标系中通常采用大地经度L、大地纬度B和大地高度H表示地球上的点的位置坐标。相应地，大地坐标系以直角坐标的形式表示的，称为大地直角坐标系。其中坐标原点eO 位于椭球中心，eX 轴位于起始大地子午面和赤道的交线上，eZ 轴与椭球的旋转轴一致并指向北极，eY 轴与eX 轴、eZ 轴构成右手坐标系。大地坐标系与大地直角坐标系示意如图 2.3 所示。eOLBeZeYeX图2.3 大地坐标系与大地直角坐标系间的关系示意图3 星体坐标系在星体坐标系中，以卫星质心作为坐标原点bO ，bX 轴在卫星轨道平面内指向卫星飞行方向

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本文编号：2743100