基于GNSS信号的无源雷达目标探测研究

发布时间：2017-11-02 22:14

  本文关键词：基于GNSS信号的无源雷达目标探测研究

  更多相关文章： GNSS 定位 目标跟踪 卡尔曼滤波 探测时间

【摘要】：利用外辐射源进行目标探测是一种无源雷达体制,一般是收、发异置。区别于传统的有源雷达,基于外辐射源的无源雷达自身不需要发射探测信号,而是利用第三方非合作信号,如FM调频信号、电视信号、GSM等移动通信信号以及GPS卫星信号等,作为照射源,这些照射源发出信号照射到探测目标以后,发生散射或者反射,无源雷达就是通过接收这些目标回波信号,进行信息提取,完成对目标的探测定位。无源雷达自身不需要发射信号,这样大大提高了它们的隐蔽性能,因此具有很强的抗干扰和生存能力。本文主要利用GNSS导航卫星信号作为外辐射源信号,研究无源雷达的目标探测机制,文中以GPS信号为例进行分析推导。首先,在分析GNSS反射信号的特点及无源雷达的研究现状的基础上,从可用信号源、信号特性、直达波和目标回波信号功率及GPS信号的模糊函数等方面系统阐述了GNSS信号作为外辐射源信号进行无源雷达探测的可行性。其次,分析了测向定位及时差定位两种常用定位方法,通过matlab仿真,分析对比了它们的定位精度,利用几何精度因子,分析了误差来源。通过增加接收机、改变布站格局等方式,改善了定位误差,为目标精确定位跟踪奠定了基础。然后文章分析了机动目标的跟踪算法,在分析卡尔曼滤波及其扩展算法的基础上,采用基础定位加滤波估计的方法实现了机动目标跟踪。针对算法存在误差收敛速度慢、跟踪发散等问题,提出了基于最速下降原理的改进算法并进行仿真分析,结果表明,改进后的算法加快了跟踪误差的收敛速度,降低了跟踪发散的可能性,提高了定位跟踪精度,获得了较好的跟踪效果。最后,为在实践中获取更长探测时间、更多的探测数据,本文将运行过程分为上升、平稳运行及下降三个阶段,结合几何关系图,推导出了在一般情况下的可探测时间公式,给出了可获得最长可探测时间时的天线方向状态。
【关键词】：GNSS 定位 目标跟踪 卡尔曼滤波 探测时间
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN967.1;TN958.97
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 GNSS反射信号研究现状10-11
• 1.2.2 无源雷达探测技术研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容与结构12-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 GNSS信号作为外辐射源的可用性分析15-33
• 2.1 GNSS信号源概述15-21
• 2.1.1 美国GPS导航系统15-17
• 2.1.2 欧洲伽利略系统17-18
• 2.1.3 格洛纳斯系统18-19
• 2.1.4 中国北斗导航系统19-20
• 2.1.5 不同导航系统的对比20-21
• 2.2 GPS定位系统信号分析21-26
• 2.3 信号功率分析26-28
• 2.3.1 接收机接收到的直达波功率26-27
• 2.3.2 接收机接收到的目标回波功率27-28
• 2.4 接收机的最大探测距离28-30
• 2.5 GPS信号模糊函数30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 常用的定位方法原理及仿真33-47
• 3.1 测向定位法33-40
• 3.1.1 二维平面测向定位方法33-34
• 3.1.2 三维立体空间测向定位方法34-35
• 3.1.3 测向定位法matlab仿真35-38
• 3.1.4 测向定位误差分析38-40
• 3.2 时差定位法40-46
• 3.2.1 到达时间定位法（TOA）40-41
• 3.2.2 到达时间差定位法（TDOA）41-42
• 3.2.3 时差定位法matlab仿真42-43
• 3.2.4 定位误差分析43-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 基于滤波算法的目标跟踪47-69
• 4.1 滤波算法47-52
• 4.1.1 卡尔曼滤波算法47-49
• 4.1.2 扩展卡尔曼滤波49-50
• 4.1.3 无迹卡尔曼滤波50-52
• 4.2 滤波算法在目标跟踪中的应用仿真52-58
• 4.2.1 EKF在目标跟踪中的matlab仿真52-55
• 4.2.2 UKF在目标跟踪中的matlab仿真55-57
• 4.2.3 EKF与UKF在目标跟踪中的对比57-58
• 4.3 基于最速下降法修正的改进目标跟踪算法58-63
• 4.3.1 最速下降法59-61
• 4.3.2 改进后的KF算法61-63
• 4.4 基于改进后的KF算法在目标跟踪中matlab仿真63-68
• 4.4.1 基于SD-EKF改进算法的matlab仿真64-65
• 4.4.2 基于SD-UKF改进算法的matlab仿真65-66
• 4.4.3 SD-EKF算法与SD-UKF算法的对比66-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 基于运动目标运行姿态的探测时间分析69-75
• 5.1 GPS卫星照射目标的时间分析69-70
• 5.2 接收机的探测时间分析70-74
• 5.2.1 运动目标上升阶段探测时间分析71-72
• 5.2.2 运动目标平稳运行阶段探测时间分析72-73
• 5.2.3 运动目标下降阶段探测时间分析73-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 花汉兵;吴少琴;;双/多基地雷达模糊函数建模与研究[J];电光与控制;2011年03期

2 刘琪,孙仲康;双基地两坐标雷达空间目标定位算法[J];国防科技大学学报;1998年02期

3 李炳荣;丁善荣;马强;;扩展卡尔曼滤波在无源定位中的应用研究[J];中国电子科学研究院学报;2011年06期

4 裴振宁;叶伟;曲卫;王宏艳;;基于GPS信号的无源雷达性能分析[J];雷达与对抗;2012年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 臧晓蕾;基于卡尔曼滤波器的船用雷达运动目标跟踪算法研究及性能分析[D];大连海事大学;2011年

2 刘春辉;卡尔曼滤波在GNSS导航系统中的应用[D];北京邮电大学;2013年

3 马小东;GNSS-R反射信号特征分析及仿真[D];北京化工大学;2013年

4 黄磊;基于GPS的外辐射源雷达关键技术研究[D];电子科技大学;2013年

5 谢鑫;无源定位优化布站分析研究[D];西安电子科技大学;2014年

，

本文编号：1133403