时差测量及无源多站定位方法研究

【摘要】： 随着电子干扰和反辐射导弹等雷达对抗技术的迅速发展,以雷达为代表的有源探测定位受到越来越严重的威胁。由于无源定位技术能在自身不辐射的条件下,隐蔽地确定辐射源位置,具有作用距离远、抗干扰能力强的特点,对于提高系统在电子战环境下的生存能力和作战效能具有十分重要的作用,因此对于无源定位技术的研究越来越受到各国的重视。 无源时差(TDOA, Time Difference Of Arrival)定位又称为双曲线定位,是一种重要的无源定位方法,它通过处理三个或更多个接收站采集到的信号到达时间数据,从而对辐射源进行定位。由于时差定位系统本身不发射任何辐射,所以有低截获概率特性。具备先天性抗干扰、抗反辐射导弹、抗低空突防和反隐身的综合“四抗”能力。由于没有能量覆盖和杂波问题,理论上不存在探测盲区。在现代电子战中具有较强的优势和生存能力。因此在电子对抗中占有越来越重要的作用。多站时差定位系统也有其自身要解决的关键技术和难点:多接收站之间的时间、空间的同步问题,目标回波的弱信号检测问题,高精度的定位方程组求解方法。因为被测辐射源信号是未知的,多辐射环境脉冲配对和信号分选问题就更为复杂。同时,电子战中不仅有大量脉冲辐射源,而且还有连续波辐射源的现状使得怎样在信噪比较低的条件下准确无误得到辐射源的时差也是该领域一个难点。 本文主要讨论两个问题,一是解决低信噪比条件下准确无误得到辐射源的时差的问题,二是讨论如何迅速有效地计算出被测辐射源的位置。 论文首先对无源时差定位基本原理进行说明,分析了时差定位方法优缺点。有效地抑制噪声和干扰是研究各种时差测量方法的重点。基于广义平稳信号的模型,论文第二部分讨论了广义互相关(GCC)时差测量算法的抗加性噪声干扰能力,针对其相关噪声抑制能力差的问题,提出了基于高阶累积量的时差测量算法,对算法的适用范围、计算复杂度等方面进行了分析。 第三部分提出了一类循环平稳信号,讨论了几种常用信号的二阶循环平稳特性,即循环相关函数和谱相关函数;同时介绍了基于循环平稳性的时差测量算法-谱相关法(Spectrum Correlation),利用这类信号的周期性来抑制噪声和干扰,进行时差测量,使系统在更广泛的信噪比范围适用。 在提取到准确的时差信号后,论文第四部分就如何获取精确的目标辐射源位置,即定位算法进行了研究,主要分析了非线性定位方程组的求解技术