运动单站直接定位技术研究

发布时间：2020-03-26 20:07

【摘要】：现代战争中,无源定位是当今电子战的重要课题之一,它能够在自身不发射电磁脉冲的状态下,实现对特定区域内目标的有效探测与定位,充分发挥其战场优势,而运动单站无源定位技术更是无源定位技术中的热点课题。传统的无源定位方法属于两步定位体制,即“参数估计+定位解算”,但该体制也存在着一些问题,由信息论的角度来讲,从接收到原始数据到获得最后结果,每增加一步处理流程,会难以避免造成一定的信息损失,导致定位精度受到影响,无法得到最优的估计结果。直接定位(Direct Position Determination,DPD)算法是近些年来提出的一种新型无源定位算法,其基本理念是从接收到的数据中直接得到目标辐射源的位置估计,将参数估计与定位解算融合到一个定位模型中去,避免了传统两步定位方法造成的信息损失,提高了定位精度。因此,本文以运动单站定位模型为基础,将DPD算法引入到该模型中,结合多普勒和时延等不同的观测量,构建了不同场景下的定位模型。本文研究工作围绕单阵元条件下运动单站DPD定位模型、阵列信号条件下运动单站DPD定位模型以及针对DPD的搜索优化算法三个方面展开。论文的主要内容和工作成果如下:1.针对利用运动单站接收辐射源信号进行定位过程中,传统两步定位算法测量参数与定位解算时会产生信息损失,从而导致估计精度不够理想的问题,提出了仅利用多普勒、仅利用时延以及联合时延与多普勒的基于单阵元的运动单站DPD算法。算法利用最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)估计模型构造代价函数,得到包含辐射源位置信息的共轭矩阵,然后分别针对未知信号和已知信号通过特征值分解求取共轭矩阵的最大特征值,最后进行二维格网型空间索引得到辐射源的位置估计。同时,论文还推导了相应的克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bounds,CRLB),并分析了多普勒与时延测量存在误差下算法的定位性能以及运算量。理论分析和仿真实验可以表明,所提定位算法对目标位置估计误差能够逼近CRLB,且与两步定位算法相比,具有更好的定位精度。2.针对利用单个阵元接收空间信号的指向性不足的问题,采用多个阵元组成的阵列获取辐射源目标信息,在基于单阵元的运动单站DPD算法基础上,结合阵列信号处理的算法理念,提出了基于阵列信号的运动单站DPD算法。同时,本文还推导了相应参数估计的CRLB,分析了在多普勒和时延测量存在误差的情况下算法的定位性能以及计算复杂度。理论分析和计算机仿真结果可以表明所提定位算法的有效性和优越性。3.针对传统网格搜索方法用于DPD算法时计算量过大的问题,本文提出了一种联合多种搜索方法的优化算法。该算法首先利用DOA测向交叉定位确定一个粗略的搜索范围,然后在该范围中采用多重搜索算法,并在每重搜索中嵌套爬山算法,通过求解包含目标位置信息的共轭矩阵的最大特征值,得到相应的位置估计。此外,论文还分析了所提算法的时间复杂度。理论分析和仿真实验可以表明,该算法的搜索准确率接近传统网格算法,能够求得逼近MMSE估计量的全局最优解,同时算法的计算量大幅减少。
【图文】：

示意图,直接定位,目标,示意图

图 11 目标直接定位示意图接收到的数据模型为：j2π( ) ( ) ( )ftk k k kr t b s t e nt第 k 个观测间隙到达观测站的传播系数；为 0，方差为2 的高斯噪声；在第 k 个观测间隙接收到的信号频率，，可以(1 ( ))c kf f μp射源与观测站相对运动而产生的多普勒效应T1( )( )=ck kkkμ v p ppp p播速度。则通过数字下变频处理后得到的信号频率为( )k c kf f f μp j2π( ) ( )e ( )kf tk k k kr t b s t n t
【学位授予单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN97

【参考文献】