一种基于后向投影的辐射源定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于后向投影的辐射源定位方法，所述定位方法先基于短合成孔径在较大的搜索范围中进行目标粗搜索，获得目标初步位置；然后基于初步搜索的结果，选择一个长合成孔径在较小的搜索范围中进行目标精搜索，通过粗搜加精搜的过程，实现了在较大搜索范围内对辐射源的精确定位。本发明专利技术辐射源定位适应性强，在平台轨迹已知的情况下，能够实现星载、机载、弹载等平台以及大斜视角情况下辐射源的精确及高灵敏性定位。在一些具体实施例中，本发明专利技术在粗搜加精搜的过程外结合了中国余数定理的下采样策略，能够进一步降低辐射源定位时长。长。长。

【技术实现步骤摘要】
×
L
；r2(lT
s
)表示lT
s
时刻的去调制的辐射源目标的多普勒接收信号；T
s
表示采样时间间隔，即表示采样频率；l表示第l个采样点，L表示信号采样点数，则T＝LT
s
表示信号采样时长，其对应的信号采样时间范围为t＝lT
s
,l＝0,1,
…
,L
‑
1。
[0015]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述辐射源目标的多普勒接收信号的获得如下：
[0016](1)设置辐射源相关参数，具体包括：设置辐射源信号调制方式为二进制相移键控BPSK，载波频率都为f
c
，辐射源信号为s(t)＝g(t)exp(j2πf
c
t)，t表示时间，g(t)为辐射源信号的基带码元信号，j表示虚数单位；
[0017](2)设置辐射源信号接收场景及平台接收机参数，具体包括：在直角坐标系下，设置平台的运动轨迹为[x(t),y(t),z(t)]，其中，x(t)为平台在t时刻的横坐标，y(t)为平台在t时刻的纵坐标，z(t)为平台在t时刻的竖坐标；辐射源目标在地表向四周辐射电磁信号，辐射源目标对应坐标为[x0,y0,0]，其中x0表示辐射源目标的初始横坐标，y0表示辐射源目标的初始横坐标；
[0018]由此获得接收信号r(t)，如下：
[0019][0020]其中，a表示辐射源目标的接收信号强度，表示时刻辐射源信号，w(t)为零均值、方差为σ2高斯白噪声，c表示光速，表示辐射源目标到接收机的瞬时距离；
[0021](3)根据信号载波频率对接收信号r(t)进行下变频处理，得到下变频处理后的接收信号r1(t)：
[0022][0023]其中，w1(t)＝w(t)exp(
‑
j2πf
c
t)表示表示下变频后的噪声干扰信号，表示时刻的辐射源信号的基带码元信号；
[0024](4)对下变频处理后的接收信号r1(t)进行平方去调制，得到辐射源目标的多普勒接收信号r2(t)：
[0025][0026]其中，C为常复数，表示去调制后的噪声干扰信号。
[0027]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述步骤102中，所述离散化的短合成孔径下去调制多普勒接收信号的获得包括：
[0028]在短合成孔径下对所述离散化的信号序列rd进行下采样倍数为L
k
的下采样截取，获得所述离散化的短合成孔径下目标的多普勒信号，如下：
[0029]rd
short
(l；L
k
T
s
)＝rd(lL
k
)，l＝N
sk1
,N
sk1
+1,
…
,N
sk2
[0030]其中，rd
short
表示所述离散化的短合成孔径下目标的多普勒接收信号，其为1
×
(N
sk2
‑
N
sk1
+1)维复数矩阵；N
sk1
＝round(T
s1
f
s
/L
k
)表示截取得到的起始采样点，N
sk2
＝round(T
s2
f
s
/L
k
)表示截取得到的终止采样点，round(
·
)表示就近取整，T
s1
、T
s2
分别为短合成孔径下截取多普勒信号的起止时间，即合成孔径中心位置时刻为短合成孔径的时长为T
short
＝T
s2
‑
T
s1
。
[0031]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述步骤102中，所述辐射源目标的初步定位位置的获得包括：
[0032](1)根据所述短合成孔径下的合成孔径的中心位置以及速度矢量，得到搜索区域中心位置所对应的斜视角θ
c0
以及斜距R
c0
，如下：
[0033][0034][0035]其中，v
x
表示合成孔径中心在x轴上的速度分量，v
y
表示合成孔径中心在y轴上的速度分量，v
z
表示合成孔径中心在z轴上的速度分量，为速度参数，即合成孔径中心速度矢量为x
c
表示合成孔径中心在x轴上的坐标，其为平台在T
c
时刻的横坐标x(T
c
)，y
c
表示合成孔径中心在y轴上的坐标，其为平台在T
c
时刻的纵坐标y(T
c
)，z
c
表示合成孔径中心在z轴上的坐标，其为平台在T
c
时刻的竖坐标z(T
c
)，即合成孔径中心位置为[x
c
,y
c
,z
c
]＝[x(T
c
),y(T
c
),z(T
c
)]；X0为搜索区域中心位置的x轴坐标，Y0为搜索区域中心位置的y轴坐标，即搜索区域中心位置为[X0,Y0,0]；
[0036](2)以斜视角θ
c0
以及斜距R
c0
为中心，对搜索区域进行基于斜视角即方位角及方位角方向上的距离即斜距的粗网格剖分，包括：
[0037]方位角剖分为：
[0038][0039]其中，表示粗网格剖分获得的方位角网格点，表示M
s
×
1维实数矩阵；θ
s
为方位角剖分范围，M
s
为总的方位角网格单元数，θ
s
＝M
s
·
dθ
s
，dθ
s
为方位角剖分间隔；m表示第m个方位角网格单元；
[0040]方位角方向上的距离剖分为：
[0041][0042]其中，表示粗网格剖分获得的方位角方向上的距离网格点，其为N
s
×
1维实数矩阵；R
s
为方位角方向上的距离剖分范围，N
s
为总的方位角方向上的距离的网格单元数，R
s
＝N
s
dR
s
，dR
s
为方位角方向上的距离的剖分间隔；n表示方位角上的第n个距离网格单元；
[0043](3)在粗网格剖分后得到的网格化的搜索区域中，以方位角为θ
sm
、方位角上距离为R
sn
的网格点作为目标点，即第一网格目标点，结合平台运动轨迹，得到考虑了去调制效果的第一网格目标点的短合成时长下的多普勒信号r
short
(l；m，n，L
k
T
s
)，如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于后向投影的辐射源定位方法，其特征在于，其包括：步骤101：对接收机接收的辐射源目标信号即接收信号进行下变频及去调制处理，得到去调制的辐射源目标的多普勒接收信号；步骤102：根据信号采样模型，对所述去调制多普勒接收信号进行采样，并在短合成孔径下对采样信号进行截取，获得离散化的短合成孔径下去调制多普勒接收信号，对所得离散化的短合成孔径下去调制多普勒接收信号进行基于后向投影算法的粗网格剖分搜索，获得辐射源目标的初步定位位置，所述初步定位位置包括辐射源目标的初步定位方位角和方位角上的距离；步骤103：根据信号采样模型，对所述去调制多普勒接收信号进行采样，并在长合成孔径下对采样信号进行截取，获得离散化的长合成孔径下去调制多普勒接收信号，对所得离散化的长合成孔径下去调制多普勒接收信号在所述初步定位位置附近进行基于后向投影算法的精网格剖分搜索，获得辐射源目标的精确定位位置，所述精确定位位置包括辐射源目标的精确定位方位角和方位角上的距离；步骤104：基于定位场景的空间几何关系，根据所述精确定位方位角和所述精确定位方位角上的距离，得到目标的坐标位置；其中，所述长合成孔径的时长大于短合成孔径的时长；所述信号采样模型设置如下：rd(l)＝r2(lT
s
),l＝0,1,
…
,L
‑
1其中，rd()表示采样后获得的离散化的信号序列，其为1
×
L维复数矩阵，即rd∈C1×
L
；r2(lT
s
)表示lT
s
时刻的去调制的辐射源目标的多普勒接收信号；T
s
表示采样时间间隔，即表示采样频率；l表示第l个采样点，L表示信号采样点数，则T＝LT
s
表示信号采样时长，其对应的信号采样时间范围为t＝lT
s
,l＝0,1,
…
,L
‑
1。2.根据权利要求1所述的辐射源定位方法，其特征在于，所述去调制的辐射源目标的多普勒接收信号的获得如下：(1)设置辐射源相关参数，具体包括：设置辐射源信号调制方式为二进制相移键控BPSK，载波频率都为f
c
，辐射源信号为s(t)＝g(t)exp(j2πf
c
t)，t表示时间，g(t)为辐射源信号的基带码元信号，j表示虚数单位；(2)设置辐射源信号接收场景及平台接收机参数，具体包括：在直角坐标系下，设置平台的运动轨迹为[x(t),y(t),z(t)]，其中，x(t)为平台在t时刻的横坐标，y(t)为平台在t时刻的纵坐标，z(t)为平台在t时刻的竖坐标；辐射源目标在地表向四周辐射电磁信号，辐射源目标对应坐标为[x0,y0,0]，其中x0表示辐射源目标的初始横坐标，y0表示辐射源目标的初始横坐标；由此获得接收信号r(t)，如下：
其中，a表示辐射源目标的接收信号强度，表示时刻辐射源信号，w(t)为零均值、方差为σ2高斯白噪声，c表示光速，表示辐射源目标到接收机的瞬时距离；(3)根据信号载波频率对接收信号r(t)进行下变频处理，得到下变频处理后的接收信号r1(t)：其中，w1(t)＝w(t)exp(
‑
j2πf
c
t)表示下变频后的噪声干扰信号，表示时刻的辐射源信号的基带码元信号；(4)对下变频处理后的接收信号r1(t)进行平方去调制，得到去调制的辐射源目标的多普勒接收信号r2(t)：其中，C为常复数，表示去调制后的噪声干扰信号。3.根据权利要求1所述的辐射源定位方法，其特征在于，所述步骤102中，所述离散化的短合成孔径下去调制多普勒接收信号的获得包括：在短合成孔径下对所述离散化的信号序列rd进行下采样倍数为L
k
的下采样截取，获得所述离散化的短合成孔径下目标的多普勒信号，如下：rd
short
(l；L
k
T
s
)＝rd(lL
k
)，l＝N
sk1
,N
sk1
+1,
…
,N
sk2
其中，rd
short
表示所述离散化的短合成孔径下目标的多普勒接收信号，其为1
×
(N
sk2
‑
N
sk1
+1)维复数矩阵；N
sk1
＝round(T
s1
f
s
/L
k
)表示截取得到的起始采样点，N
sk2
＝round(T
s2
f
s
/L
k
)表示截取得到的终止采样点，round(
·
)表示就近取整，T
s1
、T
s2
分别为短合成孔径下截取多普勒信号的起止时间，即合成孔径中心位置时刻为短合成孔径的时长为T
short
＝T
s2
‑
T
s1
。4.根据权利要求3所述的辐射源定位方法，其特征在于，所述步骤102中，所述辐射源目标的初步定位位置的获得包括：(1)根据所述短合成孔径下的合成孔径的中心位置以及速度矢量，得到搜索区域中心位置所对应的斜视角θ
c0
以及斜距R
c0
，如下：
其中，v
x
表示合成孔径中心在x轴上的速度分量，v
y
表示合成孔径中心在y轴上的速度分量，v
z
表示合成孔径中心在z轴上的速度分量，为速度参数，即合成孔径中心速度矢量为x
c
表示合成孔径中心在x轴上的坐标，其为平台在T
c
时刻的横坐标x(T
c
)，y
c
表示合成孔径中心在y轴上的坐标，其为平台在T
c
时刻的纵坐标y(T
c
)，z
c
表示合成孔径中心在z轴上的坐标，其为平台在T
c
时刻的竖坐标z(T
c
)，即合成孔径中心位置为[x
c
,y
c
,z
c
]＝[x(T
c
),y(T
c
),z(T
c
)]；X0为搜索区域中心位置的x轴坐标，Y0为搜索区域中心位置的y轴坐标，即搜索区域中心位置为[X0,Y0,0]；(2)以斜视角θ
c0
以及斜距R
c0
为中心，对搜索区域进行基于斜视角即方位角及方位角方向上的距离即斜距的粗网格剖分，包括：方位角剖分为：其中，表示粗网格剖分获得的方位角网格点，表示M
s
×
1维实数矩阵；θ
s
为方位角剖分范围，M
s
为总的方位角网格单元数，θ
s
＝M
s
·
dθ
s
，dθ
s
为方位角剖分间隔；m表示第m个方位角网格单元；方位角方向上的距离剖分为：其中，表示粗网格剖分获得的方位角方向上的距离网格点，其为N
s
×
1维实数矩阵；R
s
为方位角方向上的距离剖分范围，N
s
为总的方位角方向上的距离的网格单元数，R
s
＝N
s
dR
s
，dR
s
为方位角方向上的距离的剖分间隔；n表示方位角上的第n个距离网格单元；(3)在粗网格剖分后得到的网格化的搜索区域中，以方位角为θ
sm
、方位角上距离为R
sn
的网格点作为目标点，即第一网格目标点，结合平台运动轨迹，得到考虑了去调制效果的第一网格目标点的短合成时长下的多普勒信号r
short
(l；m，n，L
k
T
s
)，如下：)，如下：其中，R(l；m,n,L
k
T
s
)表示采样间隔为L
k
T
s
、方位角为θ
sm
(m)、方位角上距离为R
sn
(n)的目标与卫星轨迹的瞬时距离，x
m,n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇浩，杨俊华，陶然，袁鑫，张春泽，瞿志刚，
申请(专利权)人：天津讯联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：