一种基于高阶观测量的单通道雷达信号无源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非合作雷达辐射源无源定位领域，特别是关于一种基于高阶观测量的 单通道雷达信号无源定位方法。
【背景技术】
[0002] 无源定位是一种通过接收辐射源自身的辐射信号从而确定其位置的定位技术，由 于该方法具有较强的抗干扰能力，较好的隐蔽性，所以近些年受到重视，尤其在雷达、声纳 和通信领域有着广泛的应用，常用的方法是利用到达观测点的时间差或者多普勒频率差等 信息来确定目标辐射源的空间几何位置。对于现有的星载无源定位体制来说可以分为两 种形式：星座定位体制和单星定位体制。星座定位体制一般采用多颗卫星，利用时差、频差 或者与其他参数相结合的方法来完成定位过程，这种方法技术复杂，设备成本高，实现难度 大。单星无源定位相对于星座定位方式具有组成简单、使用灵活、成本低和研制周期短的优 势，它只需要一颗卫星就可以完成对辐射源的定位，对星载时钟的长期稳定度要求也比一 般星座定位体制要求低，因而得到了广泛应用。
[0003]目前常用的单星定位方法是利用对信号多普勒变化率的测量来完成对辐射源的 定位，在这种算法中多普勒变化率参数的高精度测量是实现单星无源定位的重要保证，但 是由于脉冲宽度持续时间往往在毫秒量级以下，难以精确提取；同时不能处理非相干雷达、 跳频或非线性扫频雷达；也有通过提取PRI (脉冲重复间隔）变化信号的相位差变化率来完 成定位的，但是在这个过程中，基本都采用干涉仪测向天线阵，结构较为复杂；另外还有利 用到达时间的测量来对辐射源进行定位，但是目前该方法也仅限于处理对PRI固定情况下 的辐射源定位问题，并未对PRI变化的情况进行分析。现有的单星无源定位方法的精度不 高，采用干涉仪测向或载波多普勒信息等技术，在提升精度方面面临载荷构成复杂、对卫星 姿态要求高等难题，并且对辐射源信号类型的适应能力受限。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种定位精度高的基于高阶观测量的单通道 雷达信号无源定位方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于高阶观测量的单通道雷达 信号无源定位方法，其特征在于包括以下步骤：1)基于卫星平台，利用单副天线和单个接 收机通道接收地面雷达辐射源的脉冲信号，通过对到达时间的估计测量得到Τ0Α序列，其 中，Τ0Α表示到达时间；2)将Τ0Α序列相邻数据进行两两差分处理，得到一次差分序列；3) 将步骤2)获得的一次差分序列再分别进行两次差分，得到一组二次差分序列D。和一组三 次差分序列FQ;4)设定卫星覆盖区域，并在卫星覆盖区域内划分网格，利用卫星星历给出 的GPS信息通过插值找出辐射源信号到达时刻的卫星位置，然后计算假定雷达信号从卫星 覆盖区域的每一个网格节点分别传输到卫星的时延序列，分别对每一个时延序列重复步骤 2)~3)，得到对应于每一个网格节点的二次差分序列D jP三次差分序列F j;5)建立代价函 数：
[0007] 式中，111 |2代表向量的欧氏距离，P为卫星覆盖区域网格节点的数量；6)根据建 立的代价函数寻找地面雷达辐射源的目标位置，即分别将在步骤4)中得到的假定雷达信 号从网格节点发出到传输到卫星的延时序列的二次差分和三次差分序列以及雷达辐射源 Τ0Α序列的二次差分序列和三次差分序列带入代价函数中，计算代价函数的最大值，价函数 的最大值所对应的卫星覆盖区域的网格节点即为该方法所确定的地面雷达辐射源的位置。
[0008] 进一步，所述步骤2)将Τ0Α序列相邻数据进行两两差分处理，得到一次差分序列， 具体为：对于固定PRI雷达，由于T1= T da-1) XPRI (1彡i彡N)，则Τ0Α序列一次差分结 果为：
[0010] 对于参差PRI雷达，假设雷达的参差周期为k，也就是说
是一个固定 值，则Τ0Α序列一次差分结果为：
[0011] (T1+k+ Δ t1+k) - (TJ Δ = PRI+ ( Δ t1+k_ Δ (1 彡 i 彡 N-k) 〇
[0012] 进一步，所述步骤3)中将步骤2)获得的一次差分序列再分别进行两次差分，得到 一组二次差分序列D。和一组三次差分序列F。，具体为：对于固定PRI雷达，二次差分序列D。 和三次差分序列F。的计算公式为：
[0015] 对于参差PRI雷达，二次差分序列D。和三次差分序列F。的计算公式为：
[0018] 进一步，所述步骤4)中计算假定雷达信号从卫星覆盖地面区域的每一个网格节 点分别传输到卫星的时延序列，分别对每一个时延序列重复步骤2)~3)，得到对应于每一 个网格节点的二次差分序列Dj和三次差分序列F j，具体为：对于固定PRI雷达，每一个网格 节点的二次差分序列Dj和三次差分序列F j的计算公式为：
[0021] 对于参差PRI雷达，每一个网格节点的二次差分序列Dj和三次差分序列F j的计算 公式为：
，-A h' ) ] (1 彡 i 彡 N-k-2, 1 彡 j 彡 P) 〇
[0024] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明首先利用单副天线和 单个接收机通道接收地面雷达辐射源的脉冲信号，将Τ0Α序列相邻数据进行连续三次差分 处理得到PRI变化率序列；然后将对假定雷达信号从卫星覆盖区域的每一个网格节点传输 到卫星的时延序列也进行连续差分处理，最后结合建立的代价函数寻找地面雷达辐射源的 目标位置，因此本发明仅利用Τ0Α序列完成地面雷达辐射源的定位，在轨实测定位精度优 于3. 7km，定位精度高。2、本发明由于在低复杂度方面仅采用一副单通道宽波束天线实现了 星-地处理的合理分配、时间同步精度要求仅为秒级，在低成本方面采用普通性能器件，价 格较为便宜。本发明可以广泛应用于对固定PRI、参差PRI、多值组变PRI等以及相干、非相 干、跳频、非线性扫频等主要雷达类型的辐射源准确定位中，适用范围广。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的无源定位方法流程示意图；
[0026] 图2是本发明的【具体实施方式】中到达时间序列的具体说明示意图；
[0027] 图3是本发明实施方式中卫星覆盖区域中网格节点及到达时间求解说明示意图；
[0028] 图4是本发明的代价函数在卫星覆盖区域的分布示意图。
【具体实施方式】
[0029] 以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更 好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
[0030] 如图1所示，本发明提出的基于高阶观测量的单通道雷达信号无源定位方法，包 括以下步骤：
[0031] 1、基于卫星平台，利用单副天线和单个接收机通道接收地面雷达辐射源的脉冲 信号，通过对到达时间的估计测量得到Τ0Α(到达时间）序列（本发明实施例以固定PRI 雷达的Τ0Α序列和参差PRI雷达的Τ0Α序列为例进行详细说明，其它类型雷达信号的 Τ0Α序列均有周期性特征求解原理