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时差法多站无源定位及其信号处理技术研究

徐振鲁  
【摘要】:时差(DTOA, Difference Time Of Arrival)多站无源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。由于没有能量覆盖和杂波问题,理论上不存在探测盲区。同时,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。在现代电子战中具有较强的优势和生存能力。因此在电子对抗中正扮演着越来越重要的角色。时差定位系统的精度受时差估计精度的影响,因此,研究快速准确的时差估计方法成为时差定位系统中一个十分重要的课题。本文主要工作如下: 首先研究了时差法多站无源定位的基本原理和定位实现算法,分析了定位精度和布站方式、基线长度、时差测量误差等因素之间的关系,并提出了提高定位精度的方法。研究了出现模糊和无解的情况,提出了解决方法。同时为了提高定位精度,研究了时差与测向结合的无源定位方法,利用增加三个辅站的测向信息,形成一个具有三个子系统的冗余系统,子系统分别获得对目标带有模糊定位结果,解模糊后利用简化的加权最小二乘法(SWLS)对定位结果进行融合,从而提高了定位精度。 其次,本文的第二部分重点研究了两种时差测量方式,即基于统一信号方式的时差测量和基于统一时间方式的时差测量。对于第一种时差测量方式,主要研究了信号相关法(包括基本互相关法和广义互相关法)和自适应估计法,通过计算机仿真验证了它们的性能。对于第二种时差测量方式,在介绍了时统的概念以后,研究了基于自相关法的信号到达时间(TOA)估计和基于小波变换的信号到达时间估计。接着研究了高重频(HPF)信号脉冲配对的问题,根据雷达布站方式,对空域进行合理划分,减少时差配对过程中的虚假配对,有效地改善了高重频信号定位模糊的问题。 接着,本文的第三部分研究了非线性滤波技术。提出了一种新的迭代滤波算法,以加快算法的收敛速度和提高滤波的估计精度。通过反向预测提高了上一时刻状态估计的精度,减小了当前时刻的状态预测误差。利用更准确的初始条件经过正向预测与更新,能得到当前状态更精确的估计值。 最后,对本文工作进行了总结,并对今后的进一步工作提出了展望。


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