高速机动辐射源时差估计与被动定位技术研究

发布时间：2020-11-19 22:55

　　现代战争中,对敌方辐射源进行高精度定位,是己方引导精确打击武器摧毁敌方辐射源及其载体,从而削弱、破坏敌方电子设备效能,夺取战场电磁频谱控制权的重要前提。本文针对高速机动辐射源的侦察定位问题,围绕高速机动辐射源时差估计问题、接收机位置准确已知/含有误差时的辐射源定位两方面关键问题进行研究。本文的主要研究内容如下:1、对于高速(匀速)运动辐射源,在对其信号进行相参积累过程中,信号能量可能分布在不同的距离单元,从而出现距离徙动,导致时差估计误差增大。针对这一问题,提出了一种基于序列反转变换的时差快速估计算法。基本思路是首先对接收信号进行分段处理,人为划分出等效脉冲信号,而后利用序列反转变换来校正目标运动引起的距离徙动,最后将目标信号在对应时差处积累成峰值,从而实现时差估计。该算法可以通过复数乘法、快速傅里叶变换和逆快速傅里叶变换运算快速实现,无需任何搜索过程。仿真实验结果表明,所提算法对于高速(匀速)运动辐射源的时差估计性能要优于现有算法,且计算复杂度较低。2、对于高速机动(匀加速)辐射源,在对其信号进行相参积累过程中,目标辐射源的运动将导致积累峰值在距离维度和多普勒频率维度发生扩展和偏移,从而产生距离徙动和多普勒频率徙动,导致时差估计误差增大。针对这一问题,提出了一种基于序列反转变换和非均匀快速傅里叶变换的时差快速估计算法。基本思路是首先利用序列反转变换来校正距离徙动,然后在慢时间维进行非均匀傅里叶变换,从而将目标信号在对应时差处积累成峰值。该算法可以通过复数乘法、快速傅里叶变换、逆快速傅里叶变换、非均匀快速傅里叶变换运算快速实现,无需任何搜索过程。仿真实验结果表明,所提算法对于高速机动(匀加速)辐射源的时差估计性能要优于现有算法,且计算复杂度较低。3、在基于时差的多站辐射源定位中,当场景中同时出现多个辐射源目标,且不同辐射源目标对应的时差测量误差存在相关性时,此时对各辐射源分别定位将难以得到最优定位结果。针对这一问题,提出了一种新的代数解算法。算法基于两步加权最小二乘基本框架,首先在第一步加权最小二乘估计中,通过构建辅助向量,将对应全部辐射源目标的时差测量方程转化为伪线性形式,继而得到辐射源位置的粗略解;然后在第二步加权最小二乘估计中,利用辅助参数与辐射源位置参数之间的约束关系,再次构建方程,得到辐射源位置的精确解。与现有算法的显著不同在于,所提算法的第二步加权最小二乘估计避免了矩阵求逆时存在的缺秩问题,并且无需进行额外的开方操作。理论分析表明,算法的定位误差可以达到克拉美罗界。仿真实验表明,算法的定位精度和稳健性均优于现有算法。4、针对接收机位置存在误差时基于时差的多辐射源定位问题,提出了一种改进的两步加权最小二乘代数解算法。算法同样遵循两步加权最小二乘基本框架,但是在第二步加权最小二乘估计中,采用了与传统两步加权最小二乘不同的线性化方法,从而避免了额外的开方运算和矩阵求逆时存在的缺秩问题。仿真结果表明,所提方法在接收机位置存在误差时,对多个辐射源目标的定位均方误差可以达到克拉美罗界,并且与现有算法相比具有更低的定位误差和更高的稳健性。5、为了从克拉美罗界的层面上降低接收机位置误差对基于时差的辐射源定位精度的影响,提出了一种新的接收机位置误差校正算法。算法同时利用校正辐射源和目标辐射源对应的时差测量方程,构建关于接收机位置误差的线性方程,并结合接收机位置误差的统计特性,采用贝叶斯-高斯-马尔可夫定理对方程求解,得到接收机位置误差的线性最小均方误差估计。仿真结果表明,所提算法对接收机位置误差的校正效果优于现有算法。
【学位单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：E91;TN957.51
【部分图文】：

铠甲,乌克兰

战略支援部队信息工程大学硕士学位论文第4页图1乌克兰的“铠甲”系统捷克的“塔玛拉（TAMANA）”系统于1983年问世，为三站二维时差无源定位系统。该系统利用目标辐射的电磁信号，来识别和定位辐射源及其载体。它的接收机基线长度设计为10~35千米，系统由一个中心站和两个辅站组成，两个辅站将接收信号数据实时传输至中心站进行处理，中心站经脉冲分癣配对、相关等处理，实现对目标的探测和定位，并且可以与数据库对比后对目标进行识别分类等。该系统的有效探测距离大于400千米，可自动跟踪72个空中目标，包括隐形飞机、各型地对空导弹以及空中预警雷达飞机，并可预测目标的航迹。有报道称，在科索沃战争中，南联盟可能利用“塔马拉”系统探测到了美军的F-117A隐身战斗机，并引导防空导弹将其击落[37]。捷克的“维拉（VERA）-E”系统是一种可移动的用于对空中、地面和海上目标进行定位、识别和跟踪的电子情报（ELINT）和无源侦察系统。该系统利用目标辐射源信号的到达时间差来定位目标，可以监视包括来自雷达、二次雷达（SSR）应答机、TACAN、敌我识别询问机和应答机、干扰机、数传系统以及其它辐射源各种类型的信号。它具有360°的瞬时视场，可以同时跟踪200个目标，可对目标辐射源的指纹特征进行分析和识别，具有较高的定位和跟踪精度[38]。

捷克,无源定位

第一章绪论第5页图2捷克的“维拉”系统以色列研制的“ELTA-ELL-8388”无源探测系统，采用短基线时差定位体制，可以探测和定位频率0.5~18GHz的辐射源目标，时间测量精度可达纳秒级[39]。图3以色列的“ELTA-ELL-8388”系统国内对于无源雷达技术的研究最早可以追溯至上世纪80年代初。最初主要是通过消化吸收国外关于基于角度交叉的定位、基于相位变化率的定位等技术。1988年，以总参第五十四研究所刘雪奎发表的“斯坦费尔德法在雷达无源定位中的应用”[40]为标志，我国基于雷达的电子侦察技术从消化吸收阶段上升到研究和研制阶段；1996年，国防科技大学孙仲康等人结合我国雷达的发展出版了《单多基地有源无源定位技术》一书[41]，初步奠定了无源定位理论基矗同年，电子工业部二十九所胡来招出版了《测向定位文集》[42]。进入21

以色列,无源定位