[发明专利]空中运动平台对目标的三维无源定位方法

说明书

技术领域

本发明属于目标定位技术领域，特别涉及目标的三维无源定位方法，可用于空中运动平台对目标的三维无源定位。

背景技术

目前空中运动平台普遍采用有源的工作方式对目标进行定位，由于其自身有辐射源，因此很容易被对方发现并实施有效打击，另外空中运动平台自身的位置往往需要借助其他定位系统如GPS获得，这使得当其他定位系统失灵时空中运动平台将失去对自身定位的能力从而无法获得目标相对于自身的位置信息。因此同时对空中运动平台和目标进行无源定位具有非常重要的现实意义和应用前景，但同时对空中运动平台和目标进行定位是多年来国内外的技术难题，尤其是当有源定向干扰存在时，常规有源雷达和无源雷达往往得到错误的目标波达方向估计，这为空中运动平台对目标进行准确定位带来了更大的难度。

在现有的无源定位技术中，国内外的研究主要是针对空中运动平台自身或者仅仅针对目标进行定位，其定位方法主要有以下几种：

(1)测向目标定位方法，二维平面测向定位通过测量两个不同位置上雷达辐射电磁波的方向DOA，各站测得的雷达方向数据结合两个雷达站之间的基线距离按三角测量法交会计算出雷达的位置；三维空间测向定位则是利用飞机或卫星上的侦察设备,测出地面雷达信号的俯仰角和方向角,并利用导航数据提供的飞机或卫星高度来确定雷达的地理位置。测向目标定位的缺点是定位精度较低，而且易受定向干扰源的影响。

(2)到达时间定位方法，利用运动平台上的接收机通过观测位置已知的四颗卫星信号到接收机的到达时间TOA，利用空间球面交会的方法确定接收机所在点位置的三维坐标信息，也即空中运动平台当前的位置。这种方法主要是根据各个发射站的信号到达接收机的时间算出接收机相对于发射站的位置信息，但系统比较复杂，对各个发射站的时间同步精度要求较高，相应的信号处理系统复杂，不能对没有部署接收机的目标进行定位。应用此技术进行目标定位的一个例子是GPS全球定位系统。

(3)时差定位方法，由设在地面的1个主台与3个副台合成的台链和运动平台上的接收机组成。接收机测定主、副台发射的两个脉冲信号的时间差TDOA即可获得运动平台到主、副台的距离差。距离差保持不变的航迹是一个双曲面，根据多个双曲面的交点可以定出运动平台的位置，但该系统同样仅仅是针对装有接收机的空中运动平台进行定位，不能对没有安装接收机的目标进行定位，罗兰C远程定位系统就是采用时差定位系统实现的。

(4)频差定位方法，该方法是利用来波信号到达各传感器之间的多普勒频差信息FDOA，并以此来确定目标的位置，此方法的缺点是需要各个站相对于目标运动，一般频差定位难以单独使用达到满意的定位效果，需要配合其他无源定位方法联合使用。

(5)外辐射源的无源定位技术，该技术是利用已知地理位置的民用调频广播FM、电视TV、卫星通信、手机基站等外辐射源信号来实现无源定位。此类定位系统通过设有多个接收站分别接收这些直射信号和目标反射信号，测量它们的TDOA、DOA和多普勒频移，FDOA实现目标的定位。由于这些外辐射源信号的基带调制信号是时变的，不能在接收端进行相干处理，因此此类定位技术的定位区域较小，定位精度较低。

上述各方法主要是针对安装接收机的运动平台自身进行无源定位，或者是多个接收站对空中运动平台和目标进行无源定位，不能实现空中运动平台对空中目标进行无源定位，对于空中运动平台对目标进行无源定位的方法目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服传统时差定位中存在的定位模糊缺点，提供一种空中运动平台对目标的三维无源定位方法，以提高定位精度，增强隐蔽性。

为实现上述目的，本发明包括如下步骤：

1）对接收目标散射回波的主站和各个辅站进行时间同步，给目标回波到达时刻的测量提供统一的时间基准，所述主站为空中运动平台，所述辅站为地面上的三个接收站；

2）雷达发射站辐射目标检测所需的电磁波；

3）主站测量并记录雷达发射站直达波的到达时刻T_D0；

4）主站记录目标散射回波的到达时刻t₀，各个辅站记录主站或目标的散射回波的到达时刻s_i,i＝1,2,3；

5）辅站将主站或目标的散射回波的到达时刻s_i,i＝1,2,3连同辅站在全局坐标系下的位置(x_i,y_i,z_i)^T进行编码和调制，并通过无线信道上传到主站，i＝1,2,3，其中()^T表示转置；