伪单站高精度无源定位系统技术方案

本发明专利技术为伪单站高精度无源定位系统，定位原理上，首先建立起伪单站高精度无源定位和单站快速无源定位的基本模型，定位算法上，相位差主要用于测量目标距离，通过多个天线之间的约束关系消除相位模糊的影响，可以通过时差参数或专门的测向设备来获取，另一方面，在已有基于定位参数的算法基础上研究基于中频信号的直接定位方法，将信号检测与目标定位合并进行处理，设备相对简单、安装、使用和维护较为容易。因不需配置复杂的时统和通信设备，设备量较少且功耗较低；由于基线短，具有很好的阵地适应性和机动性，可部署于远海岛礁或高原深山等阵地上。等阵地上。等阵地上。

【技术实现步骤摘要】
伪单站高精度无源定位系统


[0001]本专利技术涉及伪单站高精度无源定位系统。

技术介绍

[0002]现代电子战中，在电子干扰、反辐射导弹和隐身飞机等对抗手段下，有源雷达系统的工作效能和生存能力面临越来越严重的威胁。而采用被动定位体制的无源定位系统具有预警距离远、隐蔽性强和难以干扰等优点，逐渐成为现代一体化防空系统、机载武器系统对地、对海攻击以及对付隐身目标的远程预警系统的重要组成部分。
[0003]随着电子战技术水平的发展，无源侦察定位系统面临的电磁环境更为复杂。现代电子装备越来越多地采用相控阵窄波束天线、跳频脉冲、短促突发波形和宽带低截获信号等工作体制，现有的多站和单站被动定位系统已难以适应对此类辐射源目标的处理。例如，对于传统多站时差定位或测向交叉定位系统，首先由于其站间距较大，难以对窄波束目标形成多站共视来实现有效定位；另一方面，多站系统需要进行站间的信号配对，必须积累一定的信号来检测和提取正确的配对结果。对于短促信号和高重频信号，则容易出现漏检和误检的问题。而对于单站被动定位系统，其定位原理基于运动学理论，需要对辐射源信号进行连续、有效地测量，在定位信息积累的基础上逐步获取目标的位置参数，因而存在定位收敛慢、精度低等缺点，因此亟待改进该缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供伪单站高精度无源定位系统。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：定位原理上，首先建立起伪单站高精度无源定位和单站快速无源定位的基本模型；
[0006]定位算法上，相位差主要用于测量目标距离，通过多个天线之间的约束关系消除相位模糊的影响，可以通过时差参数或专门的测向设备来获取，另一方面，在已有基于定位参数的算法基础上研究基于中频信号的直接定位方法，将信号检测与目标定位合并进行处理；
[0007]航迹跟踪算法上，侧重于研究将单站快速定位与伪单站高精度无源定位的数据融合处理方法，伪单站高精度无源定位系统提供目标分选和位置信息，单站定位提供目标运动参数、机动检测等信息，提高目标航迹跟踪的精度及对机动目标跟踪滤波的能力；
[0008]在信号检测和参数测量上，引入阵列信号处理理论和技术，利用其空间选择性来抑制噪声、地物杂波和多目标干扰，提高弱信号检测能力，对于散射目标，研究以直达波作为参考，通过波形选择来提高对散射波的截获能力。
[0009]可优选的，通常目标距离远远大于伪单站高精度无源定位系统的基线长度，其相对干涉仪的视角差也非常小，因此与测向干涉仪相位差的测量相比，视角相位差测量出现模糊程度要小很多，从而在相位解模糊上具有天然的优势，因此，伪单站高精度定位采用视角差测距的原理，可大幅减少需要的天线数目，以中间的阵元0为观测中心，目标T到观测中
心的距离为r，与干涉仪基线的夹角为目标的来波方向β，阵元1、阵元2与阵元0的分别构成基线长为d的相位干涉仪，将目标到这两个干涉仪的视向夹角α定义为伪单站高精度测距系统的视角差
[0010]根据以上几何关系，在距离r远大于阵间距d的情况下，视向夹角α近似等于两个双阵元干涉仪基线中心的距离在目标方向投影后与距离r的比值，即
[0011][0012]可优选的，根据测距公式，测距误差主要来源于测相误差δφ和测角误差δβ，同时站间距误差δd也会带来一定的测距偏差，误差传播公式如下：
[0013][0014]可优选的，根据测距模型及原理可知，当目标距离足够近时，视角相位差将超出2π的范围，从而出现相位差测量模糊及目标测距模糊。根据定位模型导出测距模糊条件如下：
[0015][0016]可优选的，假设系统最小的观测距离为rmin，则满足观测区域内无模糊测距的站间距应为：
[0017][0018]与现有技术相比，本专利技术优点在于：
[0019]1.设备相对简单、安装、使用和维护较为容易。因不需配置复杂的时统和通信设备，设备量较少且功耗较低；由于基线短，具有很好的阵地适应性和机动性，可部署于远海岛礁或高原深山等阵地上。
[0020]2.对复杂电磁环境的适应性强。伪单站高精度无源定位体制采用相关处理技术，对信号形式的适应能力强；可实现单脉冲定位，定位速度快、精度高，定位结果的置信度高。
[0021]3.定位不依赖于目标或平台的运动形式，不存在多站系统的目标共视问题和定位模糊的问题。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的伪单站高精度无源定位系统处理结构图。
[0023]图2为本专利技术的利用短距离基线视角差测距的原理图。
[0024]图3为本专利技术的相位精度为5度时测距GDOP的图。
[0025]图4为本专利技术的测角精度为0.5度时测距GDOP的图。
[0026]图5为本专利技术的不同基线长度下的测距模糊区域图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0028]如图1至图5所示，伪单站高精度无源定位系统以多个分布式部署的天线阵列接收来波信号，通过分析信号到达各个天线的相位和时差关系解算出目标的距离和方位。
[0029]为获得较好的定位精度，天线应尽量沿着一条直线分布，其法方线面朝观测区域，天线采用宽带宽波束天线，以接收较大的观测频域和空域范围内目标信号，天线收集的射频信号通过电缆或光纤传输到处理中心，在处理中心进行信号的检测和测量，以及对目标进行定位跟踪处理，系统以伪单站高精度无源定位方式为主，单站快速定位作为辅助手段，用于提高目标航迹跟踪的精度。为了减少设备复杂度及便于维护、部署，设想的短基线系统的天线站个数应不超过10个，天线基线长度不超过300米。
[0030]如图1所示，伪单站高精度无源定位系统的信号及数据处理的结构及流程，本专利技术包括定位理论和算法研究、原理样机研制及试验两部分，两者应紧密结合、相辅相成。首先通过理论和算法研究突破伪单站高精度定位的原理和关键技术，为原理样机设计提供参考依据和算法支撑。
[0031]在定位理论和算法研究方面，针对定位原理、定位及跟踪算法和信号检测及测量算法等分别开展研究：
[0032]定位原理上，首先建立起伪单站高精度无源定位和单站快速无源定位的基本模型。由于天线基线较长，伪单站高精度系统接收的信号不能像常规相位干涉仪那样建立平面波模型，而应尽量采用更准确的球面波模型；
[0033]定位算法上，由于使用有限的天线无法完全消除相位差模糊，不宜直接用相位差去对目标进行测向和测距。解决该问题的基本思路是将测向与测距分离考虑，相位差主要用于测量目标距离，通过多个天线之间的约束关系消除相位模糊的影响。而较简单的测向功能，可以通过时差参数或专门的测向设备来获取。另一方面，在已有基于定位参数的算法基础上研究基于中频信号的直接定位方法，将信号检测与目标定位合并进行处理；
[0034]航迹跟踪算法上，侧重于研究将单站快速定位与伪单站高精度无源定位的数据融合处理方法，伪单站高精度无源定位系统提供目标分选和位置信息，单站定位提供目标运动参数、机动检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.伪单站高精度无源定位系统，其特征在于：定位原理上，首先建立起伪单站高精度无源定位和单站快速无源定位的基本模型；定位算法上，相位差主要用于测量目标距离，通过多个天线之间的约束关系消除相位模糊的影响，可以通过时差参数或专门的测向设备来获取，另一方面，在已有基于定位参数的算法基础上研究基于中频信号的直接定位方法，将信号检测与目标定位合并进行处理；航迹跟踪算法上，侧重于研究将单站快速定位与伪单站高精度无源定位的数据融合处理方法，伪单站高精度无源定位系统提供目标分选和位置信息，单站定位提供目标运动参数、机动检测等信息，提高目标航迹跟踪的精度及对机动目标跟踪滤波的能力；在信号检测和参数测量上，引入阵列信号处理理论和技术，利用其空间选择性来抑制噪声、地物杂波和多目标干扰，提高弱信号检测能力，对于散射目标，研究以直达波作为参考，通过波形选择来提高对散射波的截获能力。2.根据权利要求1所述的伪单站高精度无源定位系统，其特征在于：通常目标距离远远大于伪单站高精度无源定位系统的基线长度，其相对干涉仪的视角差也非常小，因此与测向干涉仪相位差的测量相比，视角相位差测量出现模糊程度要小很多，从而在相位解模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾晓乐，
申请(专利权)人：盛航台州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：