专利名称：一种基于分布式照射源的非合作目标被动定位方法
技术领域：
本发明属于雷达探测技术领域，它特别涉及了被动雷达定位技术。
背景技术：
被动雷达定位是指不发射电磁波的条件下，利用目标反射或辐射电磁波，实现目标检测，并获得目标位置、速度等信息的雷达探测技术。与主动式探测技术相比，无源探测技术具有更强的隐蔽性、抗干扰性和战场生存能力，在军事侦察、监视等领域具有广泛的应用前景。根据本发明人了解以及已发表的文献，例如①http://WWW. lockheed-martin. com/products/silent-sentry/index, html ；(2) Kuschel, H. ；0' Hagan, D. ；Passiveradar from history to future, the 1Ith International Radar Symposium(IRS),2010, Page(s) :1 4, (3) Griffiths, H. D. ；Baker, C. J. ；Passive coherent location radar systems.Part 1 !performance prediction, Radar, Sonar and Navigation, IEE Proceedings-Volume :152, Issue :3, 2005, Page (s) : 153-159,④ Baker, C. J. ；Griffiths, H. D. ；Papoutsis, I. ；Passive coherent location radar systems. Part 2 :waveform properties, Radar, Sonar and Navigation, IEE Proceedings-Volume :152, Issue :3 2005, Page (s) : 160-168，美国的空军研究所、洛克希德-马丁公司、雷神公司、华盛顿大学、 乔治亚研究所及俄勒冈大学，英国的BAE系统公司，德国的FGAN-FHR，都开展了利用电台、 手机基站等照射源进行被动定位的技术。其中，1999年左右洛克希德-马丁公司开发的“沉默哨兵”系统是目前最先进的被动目标探测系统。该系统采用被动相参定位技术，利用多个商用调频电台作为发射源，采用阵列天线接收连续波信号，通过信号处理技术实现对空中目标的实时检测与跟踪。其探测距离200km，距离覆盖150km，方位向覆盖60-360度，俯仰向覆盖50度，轨迹更新速度8 次/秒，目标锁定数目大于200个。但是在定位精度方面，由于“沉默哨兵”系统的角度定位通过波束形成技术获得，因此，其角度定位精度与载波波长成正比，与接收天线尺寸成反比，一般情况下，角度定位精度只能达到几度或零点几度。当作用距离较远时，“沉默哨兵” 系统的定位精度较低，只能达到千米级的定位精度，严重影响其对隐身目标的跟踪能力。“沉默哨兵”系统定位精度较低的根本原因在于雷达角度分辨率和工作波段及天线尺寸的制约关系。本发明将全球定位系统的多点定位技术应用于非合作目标探测领域， 从而有效克服了于雷达角度分辨率和工作波段及天线尺寸的制约关系，能够在较低波段获得较高的目标定位精度，根据发明人所知，目前尚未见到将多点定位技术应用于非合作目标被动探测领域的报道。
发明内容
为了克服传统被动定位技术定位精度受工作波段和接收天线尺寸限制的缺点，本发明提出了一种基于分布式照射源的非合作目标被动定位方法。该方法通过在空间中分布的多个照射源对非合作目标进行探测，并在接收端利用多点测距定位技术，获得非合作目标的三维位置信息。对于接收端而言，系统工作于被动模式，与主动式雷达探测技术相比， 该系统具有良好的隐身性能，同时也具有较高的目标定位精度。为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义定义1、矩形窗函数持续时间为T的矩形窗函数指在0到T时间内取值为1，在其他时间取值均为0的函数，记作UT(t)。详细内容可参考文献信号与系统，第二版，马金龙等编，北京，科学出版社，2006。定义2、宽带雷达发射系统宽带雷达发射系统是指能够发射给定波形电磁波的电子系统，主要由信号产生器、数模转换器、载频调制模块、功率放大器和发射天线等组成，宽带雷达发射系统的主要指标包括工作波段和发射功率，其中发射功率根据雷达作用距离要求利用雷达方程计算。 当工作波段确定后，计算出雷达发射功率，即可确定宽带雷达发射系统。详细内容可参考文献雷达手册，第二版，Merrill I. Skolnik著，王军等译，北京，电子工业出版社，2003年。定义3、全球定位系统全球定位系统指利用多点定位原理，能够确定接收端位置的卫星定位系统，典型的全球定位系统为美国的GPS系统，详细内容可参考文献“GPS原理与应用”，Elliott D. Kaplan著，邱致和、王万义译，北京，电子工业出版社，2002年。定义4、电台和电台接收机电台是指向空间中广播信息的电子设备，如，民用广播电台、军用电台等，详细内容可参考文献战术数据链超短波电台的设计，鲁清、陈强，通信与广播电视，2005年03期， 第1 5页。电台接收机是指接收电台广播信号，从中提取需要信息的电子设备。详细内容可参考文献VHF跳频电台接收机射频前端的仿真设计与研究，施永热、陈霁月，电子科技， 2009年09期，第；34 38页。定义5、宽带雷达接收系统宽带雷达接收系统是指能够接收电磁信号，并进行数据采集和存储的电子设备， 主要由接收天线、前置放大器、模数采样器和存储器等组成。宽带雷达接收系统的主要指标包括工作频率、采样频率和采样位数，当给定上述三个指标后，即可确定宽带雷达接收系统。详细内容可参考文献雷达手册，第二版，Merrilll. Skolnik著，王军等译，北京，电子工业出版社，2003年。
定义6、相关处理给定两个离散函数f (η)和g (η)，则两个函数的相关处理h (η)定义为
COh(m)= f(n)g*(m-n)
W=-CO详细内容可参考文献信号与系统，第二版，马金龙等编，北京，科学出版社，2006。定义7、遍历法遍历法是指通过逐点比较大小，得到向量最大值和对应位置的方法。详细内容可参考文献3种遍历粗搜索方法对比，邢锦江、李静、冯允成，计算机工程，2006年06期，第28 33页。定义8、向量标准差给定向量X，其标准差定义σ为
权利要求
1. 一种基于分布式照射源的非合作目标被动定位方法，包括以下几个步骤 步骤1、初始化系统参数为了实现非合作目标定位，分布式照射源被动定位系统需提供如下系统指标，包括分布式照射源被动定位系统定位精度，记作P ；分布式照射源被动定位系统工作波段，记作 f。；发射信号持续时间，记作Tpul ；分布式照射源数目，记作K，分布式照射源被动定位系统脉冲重复周期，记作PRT。步骤2、确定分布式照射源的空间位置分布式照射源被动定位系统包含K个独立的照射源。在地面上的任意位置布设第一个照射源，记作仏。在地面上任意方向距离第一个照射源50千米处布设第二个照射源，记作Q20利用公式0 = ^·，计算相邻照射源夹角，记作θ。在地面上布设第三个照射源，使得第 K —I三个照射源与第一个照射源的连线和第二个照射源与第一个照射源的连线的夹角等于相邻照射源夹角θ，且第三个照射源在第二个照射源与第一个照射源的连线的右侧，且第三个照射源到第一个照射源的距离为50千米，记作仏。同理，确定第4个照射源的空间位置、第5个照射源的空间位置、……，即，依次在地面上布设K个照射源，使得第k个照射源与第一个照射源的连线和第k-Ι个照射源与第一个照射源的连线的夹角等于相邻照射源夹角θ，且第k个照射源在第k-Ι个照射源与第一个照射源的连线的右侧，且第k个照射源到第一个照射源的距离为50千米，记作仏，其中，k为照射源序号，k为自然数，k= 1,2,...,K0 步骤3、确定发射信号根据步骤1提供的分布式照射源被动定位系统定位精度P，利用公式B = C/2P, 计算出单照射源发射信号带宽，记作B，其中，c为光速。利用公式Af= 1/Tpul，计算出发射信号频率间隔，记作Δ ·。利用公式M = r0imd[B/Af]，计算出单个照射源包含频点数目，记作M，其中，round [χ]表示对变量χ的四舍五入取整操作。利用公式M-II1OfT^( )Σεχρ(7+2;τΔ>^)，计算出第一个照射源所发射信号，记作“其中，t表示时m=0Sl V J，间变量，仏-⑴表示持续时间为Tpul的矩形窗函数，m为自然数，m = 0，1，. . .，(M-I)。同理，确定第2个照射源所发射信号、第3个照射源所发射信号、第4个照射源所发射信号、……，即，依次令照射源序号k = 1，2，. . .，K，利用公式M-ISk(O = Ulpui (t)Qxp(j^MAf(k-l)t)^ exp(72M>0，计算出第k个照射源所发射信号，记作W=Ogk(t) °步骤4、设计照射源系统分布式照射源被动定位系统的照射源系统由宽带雷达发射系统、全球定位系统和电台组成。根据步骤1提供的分布式照射源被动定位系统工作波段f。，确定K个工作波段为f。的宽带雷达发射系统。依次令照射源序号k = 1，2，. . .，K，利用第k个工作波段为f。的宽带雷达发射系统， 以分布式照射源被动定位系统脉冲重复周期PRT为周期，周期性地发射步骤3中确定的第k个照射源所发射信号Iit⑴。利用第k个照射源的全球定位系统，确定第k个照射源的位置，并利用第k个照射源的电台将第k个照射源的位置进行广播。 步骤5、确定接收系统分布式照射源被动定位系统的接收系统由宽带雷达接收系统、全球定位系统和电台接收机组成。根据步骤1确定的分布式照射源数目K和步骤3确定的单照射源发射信号带宽B，利用公式fs = 2KB，计算宽带雷达接收系统的采样频率，记作fs。根据宽带雷达接收系统的采样频率，和步骤1确定的分布式照射源被动定位系统工作波段f。，确定宽带雷达接收系统的量化比特数为32位、采样频率为fs、工作波段为f。。利用宽带雷达接收系统接收包含K个照射源的发射信号和非合作目标对K个发射源散射信号的回波，得到分布式照射源被动定位系统回波数据，记作D1 (η)，其中，η为宽带雷达接收系统采样脉冲序号，η为自然数，η = 0，\1 j · · · ο采用分布式照射源被动定位系统的接收系统中的全球定位系统(GPS)，得到接收平台的位置，记作ΡΚ。依次令照射源序号k = 1，2，. . .，K，采用分布式照射源被动定位系统的接收系统的电台接收机，接收第k个发射源的电台广播，得到第k个发射源的位置，记作Pk。 步骤6、提取直达波信号依次令照射源序号k = 1，2，. . .，K，根据步骤3确定的第k个照射源所发射信号&(t) 和步骤5确定的宽带雷达接收系统的采样频率fs，利用公式&( ) = §k(n/fs)，得到第k个照射源所发射信号的离散采样信号，记作将步骤5得到的分布式照射源被动定位系统回波数据D1 (η)与第k个照射源所发射信号的离散采样信号进行相关处理，得到相关处理后的第k个照射源回波数据，记作 K(η)。采用遍历法，得到相关处理后的第k个照射源回波数据D〗(《)的最大值对应的宽带雷达接收系统采样脉冲序号，记作//^p。步骤7、提取第一个照射源非合作目标回波根据步骤1得到的发射信号持续时间Tpul和步骤5得到的宽带雷达接收系统的采样频率fs，利用公式Npul = roimd[fsTpul]，计算发射信号的采样点数，记作Npul。依次令照射源序号k = 1，. . .，K，根据步骤6得到的第k个照射源回波数据D〗(《)的最大值对应的宽带雷达接收系统采样脉冲序号//)&，将第一个照射源回波数据DU )中序号JAHp -Npul到/Z)^ 的回波数据置为零，得到消除直达波后的第一个照射源回波数据，记作1^( )。计算消除直达波后的第一个照射源回波数据的标准差，记作σ10利用公式Q1 = 3.5Χ σ工，得到第一个照射源回波数据检测门限，记作Θ1 5采用遍历法，得到消除直达波后的第一个照射源回波数据的最大值，记作<ax，和消除直达波后的第一个照射源回波数据的最大值对应的接收系统采样脉冲序号，记作/辑。比较消除直达波后的第一个照射源回波数据的最大值<_和第一个照射源回波数据检测门限Q1，如果消除直达波后的第一个照射源回波数据的最大值<_小于第一个照射源回波数据检测门限Q1，则令消除直达波后的第一个照射源回波数据的最大值对应的接收系统采样脉冲序号/辑等于_101(1。 步骤8、提取所有照射源的非合作目标回波同理，可得到第2个照射源的消除直达波后的回波数据，第3个照射源的消除直达波后的回波数据，……，即，将步骤7中的第一个照射源回波数据依次替换为第k个照射源回波数据D〗(《)，重复步骤7的操作，得到消除直达波后的第k个照射源回波数据的最大值对应的接收系统采样脉冲序号/Di。 步骤9、计算非合作目标位置依次令照射源序号k = 1，2，. . .，K，根据步骤6得到的相关处理后的第k个照射源回波数据D〗(《)的最大值对应的宽带雷达接收系统采样脉冲序号/Z^、步骤7和步骤8得到的消除直达波后的第k个照射源回波数据的最大值对应的接收系统采样脉冲序号k= 1，...，κ，利用公式圮= Oroi-7zD^T+IlPii-PitII2，计算非合作目标到第k个照射源距离和非合作目标到接收机距离之和，记作纪。选择所有非合作目标到第k个照射源距离和非合作目标到接收机距离之和《大于零的非合作目标照射源序号，得到有效照射源序号集合，记作W。 选择有效照射源序号集合W的元素，利用公式
全文摘要
本发明提出了一种基于分布式照射源的非合作目标被动定位方法。该方法通过在空间中分布的多个照射源对非合作目标进行探测，并在接收端利用多点测距定位技术，获得非合作目标的三维位置信息。对于接收端而言，系统工作于被动模式，具有较好的隐身性能，同时也具有较高的目标定位精度。本发明克服了传统被动定位技术定位精度受工作波段和接收天线尺寸限制的缺点，即使在较低的工作波段，也可获得非合作目标较高精度三维位置，利于隐身目标的探测与跟踪。另外，利用本发明提供的方法，可从非合作目标三维位置信息中可提取目标三维速度，相比传统雷达只能获得非合作目标的径向速度，更利于目标识别。最后，本发明接收端系统结构简单，以现有雷达系统为基础，通过加装信号处理模块即可实现被动探测功能，系统实现成本较低，便于大批量升级改造。
文档编号G01S13/06GK102253364SQ20111009947
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者师君, 张晓玲, 杨建宇 申请人:电子科技大学