一種基于高階觀測量的單通道雷達信號無源定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及非合作雷達輻射源無源定位領域，特別是關于一種基于高階觀測量的 單通道雷達信號無源定位方法。
【背景技術】
[0002] 無源定位是一種通過接收輻射源自身的輻射信號從而確定其位置的定位技術，由 于該方法具有較強的抗干擾能力，較好的隱蔽性，所以近些年受到重視，尤其在雷達、聲納 和通信領域有著廣泛的應用，常用的方法是利用到達觀測點的時間差或者多普勒頻率差等 信息來確定目標輻射源的空間幾何位置。對于現(xiàn)有的星載無源定位體制來說可以分為兩 種形式：星座定位體制和單星定位體制。星座定位體制一般采用多顆衛(wèi)星，利用時差、頻差 或者與其他參數(shù)相結合的方法來完成定位過程，這種方法技術復雜，設備成本高，實現(xiàn)難度 大。單星無源定位相對于星座定位方式具有組成簡單、使用靈活、成本低和研制周期短的優(yōu) 勢，它只需要一顆衛(wèi)星就可以完成對輻射源的定位，對星載時鐘的長期穩(wěn)定度要求也比一 般星座定位體制要求低，因而得到了廣泛應用。
[0003]目前常用的單星定位方法是利用對信號多普勒變化率的測量來完成對輻射源的 定位，在這種算法中多普勒變化率參數(shù)的高精度測量是實現(xiàn)單星無源定位的重要保證，但 是由于脈沖寬度持續(xù)時間往往在毫秒量級以下，難以精確提??；同時不能處理非相干雷達、 跳頻或非線性掃頻雷達；也有通過提取PRI (脈沖重復間隔）變化信號的相位差變化率來完 成定位的，但是在這個過程中，基本都采用干涉儀測向天線陣，結構較為復雜；另外還有利 用到達時間的測量來對輻射源進行定位，但是目前該方法也僅限于處理對PRI固定情況下 的輻射源定位問題，并未對PRI變化的情況進行分析。現(xiàn)有的單星無源定位方法的精度不 高，采用干涉儀測向或載波多普勒信息等技術，在提升精度方面面臨載荷構成復雜、對衛(wèi)星 姿態(tài)要求高等難題，并且對輻射源信號類型的適應能力受限。
【發(fā)明內容】
[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種定位精度高的基于高階觀測量的單通道 雷達信號無源定位方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種基于高階觀測量的單通道雷達 信號無源定位方法，其特征在于包括以下步驟：1)基于衛(wèi)星平臺，利用單副天線和單個接 收機通道接收地面雷達輻射源的脈沖信號，通過對到達時間的估計測量得到Τ0Α序列，其 中，Τ0Α表示到達時間；2)將Τ0Α序列相鄰數(shù)據(jù)進行兩兩差分處理，得到一次差分序列；3) 將步驟2)獲得的一次差分序列再分別進行兩次差分，得到一組二次差分序列D。和一組三 次差分序列FQ;4)設定衛(wèi)星覆蓋區(qū)域，并在衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內劃分網(wǎng)格，利用衛(wèi)星星歷給出 的GPS信息通過插值找出輻射源信號到達時刻的衛(wèi)星位置，然后計算假定雷達信號從衛(wèi)星 覆蓋區(qū)域的每一個網(wǎng)格節(jié)點分別傳輸?shù)叫l(wèi)星的時延序列，分別對每一個時延序列重復步驟 2)~3)，得到對應于每一個網(wǎng)格節(jié)點的二次差分序列D jP三次差分序列F j;5)建立代價函 數(shù)：
[0007] 式中，111 |2代表向量的歐氏距離，P為衛(wèi)星覆蓋區(qū)域網(wǎng)格節(jié)點的數(shù)量；6)根據(jù)建 立的代價函數(shù)尋找地面雷達輻射源的目標位置，即分別將在步驟4)中得到的假定雷達信 號從網(wǎng)格節(jié)點發(fā)出到傳輸?shù)叫l(wèi)星的延時序列的二次差分和三次差分序列以及雷達輻射源 Τ0Α序列的二次差分序列和三次差分序列帶入代價函數(shù)中，計算代價函數(shù)的最大值，價函數(shù) 的最大值所對應的衛(wèi)星覆蓋區(qū)域的網(wǎng)格節(jié)點即為該方法所確定的地面雷達輻射源的位置。
[0008] 進一步，所述步驟2)將Τ0Α序列相鄰數(shù)據(jù)進行兩兩差分處理，得到一次差分序列， 具體為：對于固定PRI雷達，由于T1= T da-1) XPRI (1彡i彡N)，則Τ0Α序列一次差分結 果為：
[0010] 對于參差PRI雷達，假設雷達的參差周期為k，也就是說
是一個固定 值，則Τ0Α序列一次差分結果為：
[0011] (T1+k+ Δ t1+k) - (TJ Δ = PRI+ ( Δ t1+k_ Δ (1 彡 i 彡 N-k) 〇
[0012] 進一步，所述步驟3)中將步驟2)獲得的一次差分序列再分別進行兩次差分，得到 一組二次差分序列D。和一組三次差分序列F。，具體為：對于固定PRI雷達，二次差分序列D。 和三次差分序列F。的計算公式為：
[0015] 對于參差PRI雷達，二次差分序列D。和三次差分序列F。的計算公式為：
[0018] 進一步，所述步驟4)中計算假定雷達信號從衛(wèi)星覆蓋地面區(qū)域的每一個網(wǎng)格節(jié) 點分別傳輸?shù)叫l(wèi)星的時延序列，分別對每一個時延序列重復步驟2)~3)，得到對應于每一 個網(wǎng)格節(jié)點的二次差分序列Dj和三次差分序列F j，具體為：對于固定PRI雷達，每一個網(wǎng)格 節(jié)點的二次差分序列Dj和三次差分序列F j的計算公式為：
[0021] 對于參差PRI雷達，每一個網(wǎng)格節(jié)點的二次差分序列Dj和三次差分序列F j的計算 公式為：
，-A h' ) ] (1 彡 i 彡 N-k-2, 1 彡 j 彡 P) 〇
[0024] 本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明首先利用單副天線和 單個接收機通道接收地面雷達輻射源的脈沖信號，將Τ0Α序列相鄰數(shù)據(jù)進行連續(xù)三次差分 處理得到PRI變化率序列；然后將對假定雷達信號從衛(wèi)星覆蓋區(qū)域的每一個網(wǎng)格節(jié)點傳輸 到衛(wèi)星的時延序列也進行連續(xù)差分處理，最后結合建立的代價函數(shù)尋找地面雷達輻射源的 目標位置，因此本發(fā)明僅利用Τ0Α序列完成地面雷達輻射源的定位，在軌實測定位精度優(yōu) 于3. 7km，定位精度高。2、本發(fā)明由于在低復雜度方面僅采用一副單通道寬波束天線實現(xiàn)了 星-地處理的合理分配、時間同步精度要求僅為秒級，在低成本方面采用普通性能器件，價 格較為便宜。本發(fā)明可以廣泛應用于對固定PRI、參差PRI、多值組變PRI等以及相干、非相 干、跳頻、非線性掃頻等主要雷達類型的輻射源準確定位中，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的無源定位方法流程示意圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】中到達時間序列的具體說明示意圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明實施方式中衛(wèi)星覆蓋區(qū)域中網(wǎng)格節(jié)點及到達時間求解說明示意圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明的代價函數(shù)在衛(wèi)星覆蓋區(qū)域的分布示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 以下結合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更 好地理解本發(fā)明，它們不應該理解成對本發(fā)明的限制。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明提出的基于高階觀測量的單通道雷達信號無源定位方法，包 括以下步驟：
[0031] 1、基于衛(wèi)星平臺，利用單副天線和單個接收機通道接收地面雷達輻射源的脈沖 信號，通過對到達時間的估計測量得到Τ0Α(到達時間）序列（本發(fā)明實施例以固定PRI 雷達的Τ0Α序列和參差PRI雷達的Τ0Α序列為例進行詳細說明，其它類型雷達信號的 Τ0Α序列均有周期性特征求解原理