CN103116158A - 一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法，涉及无源雷达技术领域，为机载、舰载或潜载等移动平台提供一种利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源进行目标定位的方法。该方法利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源，移动接收站采用两个全向天线和两个结构简单的接收通道处理来自非合作发射站的直达波和目标散射信号，实时计算出发射站到接收站的基线距离、发射站目标方位角、双基地距离差，并通过双基地几何关系求解出目标到接收站的距离、接收站目标方位角，从而确定目标相对于接收机的位置。本发明使用相对廉价的接收系统接收敌方雷达的辐射信号来实现对敌方战场区域的监视，而不被敌方侦察系统发现。

Description

一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法

一、技术领域

本发明属于无源雷达技术领域，尤其涉及一种在接收平台运动情况下，利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源进行目标定位技术。

二、背景技术

众所周知，雷达发射电磁波探测目标的过程中同时也会暴露发射机的存在和位置。在敌对的环境下这将会威胁到发射平台，甚至会恶化紧张的国际关系。而双基地雷达的发射、接收装置是分离的，接收机平台可以保持静默。双基地雷达分为合作式与非合作式，而非合作式双基地雷达根据辐射源的不同又分为基于广播、电视或卫星等机会照射源的非合作双基地雷达和基于己方甚至敌方雷达辐射源的非合作双基地雷达，也称为无源双基地雷达。

目前，无源双基地雷达探测技术的研究主要集中于连续波体制的民用机会照射源，尤其是基于电视或调频广播的无源双基地雷达探测取得了显著的成果，引起了广泛的关注。然而，此类系统仍存在一些不足：1)对于机载、舰载或潜载等移动平台而言，由于移动平台大小受限，无法装载需要达到一定增益的电视广播信号频段的天线；2)对于海上目标探测，尤其是在外海，民用信号资源非常有限，在远离海岸几百公里的海域几乎收不到电视广播信号；3)由于FM/TV或GPS等信号并不是为了目标探测而专门设计的，其信号功率(作用距离)和信号带宽(距离分辨力)往往不如雷达信号。

因此，迫切需要探索一种新的雷达探测体制，寻找更多的可用信号及辐射源类型，使系统对可选信号具有更多适应性，此时脉冲雷达信号(包括路、海、空、天基雷达信号)作为非合作辐射源，与本地接收系统构成双基地雷达的价值突显出来。尤其是圆周机械扫描的常规脉冲雷达，此类照射源的扫描方式简单、有规律，比较适合用于作为非合作照射源，针对机载、舰载或潜载等移动接收平台情况，可以大大简化接收系统的复杂度、减小目标定位的难度。

三、发明内容

1.要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：为机载、舰载或潜载等移动平台提供一种利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源进行目标定位的方法，其可获得目标的二维坐标。

2.技术方案

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术措施：

提供一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法，利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源，针对机载、舰载或潜载等移动接收平台情况，接收站采用两个全向天线和两个结构简单的接收通道处理来自非合作发射站的直达波和目标散射信号，实时计算出发射站到接收站的基线距离、发射站目标方位角、双基地距离差，并通过双基地几何关系确定目标相对于接收机的位置。

其中，针对机载、舰载或潜载等移动接收平台情况，发射站到接收站的基线距离是实时变化的，此时发射站到接收站的基线距离L是通过利用相距为d的两部全向天线，通过测量辐射源主波束扫过两个天线的时间间隔ΔT₁＝T_天线2-T_天线1、辐射源圆周机械扫描一周的总时间T和辐射源入射信号方位角θ来计算。

其中，发射站目标方位角θ_T是通过测量辐射源主波束扫过接收机和目标的时间间隔ΔT₂＝T_目标-T_接收机和辐射源圆周机械扫描一周的总时间T来计算。

其中，双基地距离差R_D是通过测量直达波与目标散射回波的时差Δt＝t_目标-t_直达波来计算。

利用已计算出的基线距离L、发射站目标方位角θ_T、双基地距离差R_D，通过发射站、目标和接收站构成的双基地三角几何关系，就可以解算出接收站到目标的距离R_R、接收站目标方位角θ_R，从而确定目标相对于接收机的位置。

3.有益效果

本发明的有益效果是：只需要使用相对廉价的接收系统，就可以把在附近工作的敌方雷达作为无意识的非合作辐射源，只要敌方雷达开机，系统就能正常工作，完成对目标的定位，从而实现对敌方战场区域的监视，而不被敌方侦察系统如ESM系统发现。该体制雷达具有成本低廉、生存能力强等优点，在未来战场中将发挥重要作用。

四、附图说明

图1是本发明的实施原理示意图。

图2是基线距离计算方法示意图。

图3是发射站目标方位角计算方法示意图。

图4是双基地距离差计算方法示意图。

五、具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法，利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源，针对机载、舰载或潜载等移动接收平台情况，接收站采用两个全向天线和两个结构简单的接收通道处理来自非合作发射站的直达波和目标散射信号，实时计算出发射站到接收站的基线距离、发射站目标方位角、双基地距离差，并通过双基地几何关系求解出目标到接收站的距离、接收站目标方位角，从而确定目标相对于接收机的位置。

基线距离计算方法如图2所示，当辐射源采用机械圆周扫描方式时，接收机可以采用相距为d的两部全向天线，通过测量辐射源主波束扫过两个天线的时间间隔ΔT₁＝T_天线2-T_天线1，辐射源天线扫描速度ω和辐射源入射信号方位角θ来确定距离L，计算公式如下：

L＝dcosθ/(ωΔT₁)                      (1)

式(1)中，两部天线距离d已知；辐射源入射信号方位角θ可以利用相位法测角原理测得，即利用两部天线所接收信号的相位差进行测角；辐射源主波束扫过两个天线的时间间隔ΔT₁可以通过测量辐射源扫过接收站两部天线的振幅最大峰值之间的时间间隔T_天线2-T_天线1测得；通过测量辐射源扫过接收站同一部天线的相邻最大峰值所对应的时间间隔可以测得天线的扫描周期T，从而可以计算出辐射源天线扫描速度ω＝2π/T。此时公式(1)可以写成：

L＝dcosθ/(2πΔT₁/T)                            (2)

发射站目标方位角计算方法如图3所示，发射机目标方位角可以通过跟踪发射机扫描确定。当发射机T_X扫过接收机R_X时，在T_接收机时刻，接收机R_X可接收到一峰值脉冲；当发射机T_X扫过目标T_g后，目标的反射波在T_目标时刻被接收机接收。当辐射源以恒定速度圆周扫描时，发射站目标方位角θ_T的确定可以通过测量辐射源扫过接收机和目标之间的时间间隔ΔT₂＝T_目标-T_接收机和辐射源扫描一周的总时间T来实现。将扫描间隔ΔT₂除以扫描周期T，然后再乘以2π便可计算出θ_T，计算公式如下：

θ_T＝2πΔT₂/T                           (3)

双基地距离差计算方法如图4所示，通常情况下，目标与接收站一般不被发射机天线主瓣同时覆盖，直达波往往来自辐射源的旁瓣辐射。图中基线长为L，目标散射路径从发射机到目标再到接收机，长为R_T+R_R，双基地距离差R_D＝R_T+R_R-L。发射脉冲沿直达波路径传播的时间为t_直达波，沿目标散射路径传播的时间为t_目标。双基地距离差R_D可以通过测量直达波与目标散射回波的时差Δt＝t_目标-t_直达波，再乘以光速c来计算，计算公式如下：

R_D＝cΔt                           (4)

由基线距离L、发射站目标方位角θ_T、双基地距离差R_D，通过发射站、目标和接收站构成的双基地三角几何关系，可得如下关系式：

R_R ²＝R_T ²+L²-2R_TLcosθ_T                      (5)

式(5)中，发射站到目标的距离R_T＝R_D+L-R_R，可解算出接收站到目标的距离R_R，计算公式如下：

$R_R=\frac{{(R_D+L)}^2+L^2-2L(R_D+L)\cos {\mathrm{\θ}}_T}{2(R_D+L-L\cos {\mathrm{\θ}}_T)}---\left(6\right)$

由基线距离L、发射站目标方位角θ_T、双基地距离差R_D，通过发射站、目标和接收站构成的双基地三角几何关系，可得如下关系式：

$\frac{R_T}{\sin {\mathrm{\θ}}_R}=\frac{R_R}{\sin {\mathrm{\θ}}_T}---\left(7\right)$

式(7)中，发射站到目标的距离R_T＝R_D+L-R_R，接收站到目标的距离R_R由式(6)确定，可解算出接收站目标方位角θ_R，计算公式如下：

${\mathrm{\θ}}_R=\frac{R_D(R_D+2L)\sin {\mathrm{\θ}}_T}{{(R_D+L)}^2+L^2-2L(R_D+L)\cos {\mathrm{\θ}}_T}---\left(8\right)$

上述公式以双基地几何平面模型为前提，在该模型条件下，非合作雷达辐射源、目标与接收站位于同一平面。即使考虑目标为空中目标，由于非合作雷达辐射源和接收站之间的水平距离(即基线距离)通常较远，此时目标高度引起的误差较小，因此该双基地平面模型仍然适用。

Claims (3)

1.一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法，其特征在于：利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源，针对机载、舰载或潜载等移动接收平台情况，接收站采用两个全向天线和两个结构简单的接收通道处理来自非合作发射站的直达波和目标散射信号，实时计算出发射站到接收站的基线距离、发射站目标方位角、双基地距离差，并通过双基地几何关系确定目标相对于接收机的位置。 

2.如权利要求1所述的一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法，其特征在于所述的基线距离、发射站目标方位角、双基地距离差的计算方法为：采用相距为d的两部全向天线，通过测量辐射源主波束扫过两个天线的时间间隔ΔT₁＝T_天线2-T_天线1、辐射源圆周机械扫描一周的总时间T和辐射源入射信号方位角θ来计算基线距离L；通过测量辐射源主波束扫过接收机和目标的时间间隔ΔT₂＝T_目标-T_接收机和辐射源圆周机械扫描一周的总时间T来计算发射站目标方位角θ_T；通过测量直达波与目标散射回波的时差Δt＝t_目标-t_直达波，再乘以光速c来计算双基地距离差R_D。 

基线距离L的计算基于如下公式： 

L＝dcosθ/(2πΔT₁/T) 

发射站目标方位角θ_T的计算基于如下公式： 

θ_T＝2πΔT₂/T 

双基地距离差R_D的计算基于如下公式： 

R_D＝cΔt 。

3.如权利要求1所述的一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法，其特征在于所述的目标相对于接收机的位置的计算方法为：利用已计算出的基线距离L、发射站目标方位角θ_T、双基地距离差R_D，通过发射站、目标和接收站构成的双基地三角几何关系，解算出接收站到目标的距离R_R、接收站目标方位角θ_R。 

接收站到目标的距离R_R的计算基于如下公式： 

接收站目标方位角θ_R的计算基于如下公式： 

。

Images