復(fù)雜信號(hào)環(huán)境下的輻射源定位技術(shù)

輻射源位置是電磁輻射源的重要特征信息，且具有相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，不僅與戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、任務(wù)規(guī)劃和作戰(zhàn)行動(dòng)的關(guān)系非常密切,也是不同輻射源相互區(qū)分的重要依據(jù)。對(duì)輻射源的測(cè)向，特別是方位角測(cè)量，是各種電子戰(zhàn)裝備都需要進(jìn)行處理和使用的重要工作。隨著精確打擊武器的發(fā)展，利用無(wú)源探測(cè)手段進(jìn)行的輻射源定位也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，無(wú)源與有源組合定位已經(jīng)成為未來(lái)目標(biāo)探測(cè)定位系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1  測(cè)向定位的作用

由于任務(wù)、功能、性能等差別，在各種電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，測(cè)向定位的具體技術(shù)不同，發(fā)揮的作用也不盡相同，但都是用于獲取信號(hào)的到達(dá)方向、確定輻射源在空間中的地理位置,進(jìn)而完成以下幾方面功能。

(1) 信號(hào)分選與輔助輻射源檢測(cè)和識(shí)別。利用不同信號(hào)的到達(dá)方向，參照已知輻射源數(shù)據(jù)庫(kù)、已知輻射源個(gè)體特征樣本庫(kù)中的輻射源方向和位置等先驗(yàn)知識(shí)，進(jìn)行接收信號(hào)(模擬)或測(cè)量數(shù)據(jù)(數(shù)字)分類(lèi),并與信號(hào)頻譜、極化、時(shí)間、調(diào)制等測(cè)量信息綜合在一起，完成輻射源信號(hào)的分選、檢測(cè)和輻射源個(gè)體識(shí)別。

(2) 干擾方向引導(dǎo)或戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)引導(dǎo)。通過(guò)測(cè)量敵方輻射源的所在方向，引導(dǎo)干擾發(fā)射天線(xiàn)波束指向該輻射源，并使干擾天線(xiàn)波束寬度(增益)與方向引導(dǎo)誤差對(duì)應(yīng)；同時(shí)檢測(cè)敵方威脅輻射源方向也用于作戰(zhàn)行動(dòng)的引導(dǎo)，以便確定迎擊或規(guī)避行動(dòng)的方向。

(3) 目標(biāo)信號(hào)方向選擇與跟蹤引導(dǎo)。使反輻射攻擊武器首先通過(guò)方向和空間位置特性?xún)?yōu)先選擇最重要的輻射源信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別和跟蹤，并引導(dǎo)武器的飛行控制系統(tǒng)準(zhǔn)確攻擊殺傷目標(biāo)是現(xiàn)代反輻射攻擊武器的重要工作方式。

2  幾種基本定位方法

2.1  測(cè)向交匯定位

偵收站1,2位置(x₁，y₁，z₁),(x₂，y₂，z₂),偵收站1測(cè)得的輻射源方位α₁，β₁，偵收站2測(cè)得的輻射源方位α_2。基本測(cè)量方程如下：

2.2  測(cè)向時(shí)差定位

偵收站1,2位置(x₁，y₁，z₁),(x₂，y₂，z₂)，偵收站1測(cè)得的輻射源方位α₁，β₁，信號(hào)到達(dá)時(shí)間t₁，由偵收站2轉(zhuǎn)發(fā)的同一信號(hào)的到達(dá)時(shí)間如t_{2。tanα1，tanβ1}可由式(1),式(2)求得：

一般采用迭代求解,具有唯一解。多站和多次測(cè)量可進(jìn)一步提高定位精度、跟蹤精度。

2.3  時(shí)差定位

4個(gè)偵收站位置｛(x_i，y_i，z_i)｝⁴_i；=₁,4個(gè)偵收站測(cè)得同一信號(hào)的到達(dá)時(shí)間｛(t_i)｝³_i；=₀。基本測(cè)量方程如下：

一般采用迭代求解，具有雙解。采用適當(dāng)?shù)牟颊拘问胶洼o助測(cè)向等措施可簡(jiǎn)化求解計(jì)算過(guò)程,多站和多次測(cè)量可進(jìn)一步提高定位精度、跟蹤精度。

2.4  測(cè)向-相位差變化率定位

測(cè)向-相位差變化率定位適用于運(yùn)動(dòng)單站對(duì)固定/低速運(yùn)動(dòng)輻射源的定位(平面定位或空間定位)，其定位原理如圖1所示。 

輻射源至天線(xiàn)1距離：

相位差：

利用航跡上的多次測(cè)量可提高定位精度。

3  一種新的定位技術(shù)——TDOA和DD定位

適用于運(yùn)動(dòng)雙站對(duì)固定/低速運(yùn)動(dòng)輻射源定位(平面定位或空間定位)。平面定位原理如圖2所示。設(shè)兩個(gè)偵收站的距離為2d,在A,和A,的速度矢量分別為v,和“，若輻射源在S,則可建立如圖2所示的定位坐標(biāo)系。 

定義TDOA為:

現(xiàn)在考察DD,假定經(jīng)過(guò)時(shí)間兩個(gè)偵收站分別到達(dá)了A₃和A₄,輻射源S到飛機(jī)A₃和A₄的距離分別為R₃和R₄。那么:

如果估計(jì)得到了τ和τ的值，并且飛機(jī)的速度矢量V₁和V₂已知，那么通過(guò)求解由式(14)和式(18)構(gòu)成的方程組就可以得到輻射源的位置（x，y）。

4  結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了定位的基本知識(shí)以及幾種基本的定位方法，其中測(cè)向定位法不僅需要專(zhuān)用的側(cè)向設(shè)備，而且其定位誤差不僅與測(cè)向誤差有關(guān)，還與定位基線(xiàn)長(zhǎng)度有很大關(guān)系，當(dāng)使用單機(jī)進(jìn)行測(cè)向定位時(shí)，要求信號(hào)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。時(shí)差定位法至少需要三個(gè)接收站，設(shè)備量大。TDOA和DD定位法適用于輻射源與兩個(gè)接收站存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，使用這種方法的定位系統(tǒng)與時(shí)差定位系統(tǒng)相比設(shè)備量少,與測(cè)向定位系統(tǒng)相比定位精度高。