短波单站定位技术研究与应用

发布时间：2017-12-30 12:31

本文关键词：短波单站定位技术研究与应用　出处：《武汉大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：电子对抗以电磁波为介质,干扰、欺骗或破坏敌方的电子设备,从而剥夺敌方的信息获取能力。短波信号定位作为现代短波电子战系统的基本功能,不仅是电子对抗的重要手段,同时在民用方面也可为有关部门排除短波干扰和非法电台提供一定的信息支撑。短波单站定位技术是利用短波经电离层折射和散射的特点实现对短波辐射源的定位。单站定位可以避免多站交汇定位中所要求的多站合理布局、信息沟通、时间同步、装备保障等一系列问题,因而具有其独到的优势。传统的短波单站定位技术主要依靠电离层垂测信息和电离层模型实现对远方短波信号辐射源的定位,由于不能实时获取远方短波信号经电离层传输时电离层的实时变化数据,因此定位精度低。如果利用电离层斜向返回探测技术,准确地获取敌方辐射源高频信号传播过程中所经过的电离层区域(电波折射区位置)的电离层参数(高度、电子浓度分布、电离层半厚度等),同时结合测向信息(来波方位角和仰角),则可以在单站情况下对短波辐射源信号进行定位。基于此,本文构建了一种新体制短波单站定位系统,并就其中相关问题开展研究。同时对于电离层短波多模式传播的特点,我们提出了利用脉间二相编码信号的合作源单站定位系统构想,通过对短波电台的简单改造就可以利用该系统实现对其的定位,从而为战术决策和救援提供支撑。本文的主要工作和创新之处包括以下几个方面：1、首次提出了利用电离层斜向返回探测对短波辐射源定位的概念。斜向返回探测作为一种重要的电离层探测手段,可以实现单基地监测大范围电离层状态,因而在大范围电离层观测中具有与电离层垂直探测和斜向探测无可比拟的优势。将其用于短波单站定位系统中就能够实现真正意义上的单站定位。本文介绍了这种新体制单站定位系统的结构及其实现过程中的相关技术。多次实验结果表明,这种新体制单站定位系统在电离层平静状态下具有较好的定位性能。2、实现新体制短波单站定位技术的前提是获取斜向返回探测电离图,并对斜返电离图进行正确的自动判读和自动反演,以适应快速定位要求。本文综合利用图像形态学处理技术和多分辨率小波分析技术,对斜返电离图进行分区域信息提取,分别获得垂测回波描迹和F层斜返前沿,并将之作为反演算法的输入。同时改进了基于单层准抛物线模型的反演算法,利用垂测信息缩小算法搜索区间,从而大大缩短了反演时间。此外,本文还研究并讨论了利用国际参考电离层进行斜返反演的方法,实验证明该方法具有较好的性能,可以为研究东亚地区电子浓度剖面、本地区的电离层物理及空间天气提供一定的支撑。3、实现新体制短波单站定位技术的另一个关键技术是精确获取来波到达角信息。本文研究了基于平面阵列的二维到达角估计技术,重点讨论了二维干涉仪测向和二维MUSIC算法的差异,并对不同阵型下的二维干涉仪算法误差进行了分析。针对二维MUSIC估计中二维搜索计算量大耗时长的问题,提出了网格化的粒子群搜索算法,在保证较高的搜索精度的同时大大缩短了搜索耗时,具有实际工程应用价值。4、已方野战电台由于机动作战,指挥中心需实时掌握其位置信息。本文基于此,在新体制定位系统研究的基础上,提出了一种单站合作源目标定位系统的构想,其目的是对已方野战电台进行实时定位。该方法通过在短波电台加装能够产生特定信号波形(如脉间二相编码信号)的模块(机顶盒)发射信号,测向系统测量该信号的到达角,然后利用多个传播仰角实现对野战电台的定位。这种方法不同于传统的双站交汇定位技术,仅需单站即可实现目标定位。该构想与新体制定位相结合,即可实现单站方式对非合作源与合作源目标的定位。考虑到脉间二相编码信号相关后能够获得不同距离门上的信息,从而能够将具有不同时延的信号分离开来,本文初步讨论了脉间二相编码信号的到达角估计原理,并对伪随机编码信号的到达角估计进行了仿真分析。这类信号相关后对其进行到达角估计,能够获得不同传播模式(时延)下的到达角,这也为干涉信号测向提供了一种新的方法。本文还讨论了利用同一信号两个到达仰角及其时延差的被动定位技术。在考虑地面曲率情形下讨论了其解的唯一性,并利用数据将其与平面假设下的定位误差进行了对比。结果表明球面假设下的相对误差都在10%以下。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN97

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