雷达信号时差频差定位关键技术研究

文 献［ ］ 时差 频差 联 合 定位 体 制 应用 于 卫 星侦 ８将 察领域 ， 并对定 位算 法 和性 能进 行 了详 细 研究 。分析 结果表 明 ， 时差 测 量 精 度 ２ ～８ ｎ ， 差 测 量 精 度 在 ０ ０ ｓ频 优于 １ Ｈｚ情 况下 ， 轨 双 星系 统对 地 面 辐射 源 定 位 ０ 低 精度可 达 ｋ 量 级 。此 时 ， ｍ 频差 对 定 位 精 度 的影 响较 之时差 更为显著 。对 雷 达信 号 侦 察而 言 ， 十 纳秒 的 数 时差测量 精度 已是 目前 工程上 能够 实现 的水平 ， Ｈｚ 而
与 Ｆ Ａ 测量 法 相 比 ， 模 糊 函 数 法 可 直 接 实 现 Ｏ 互
时差 一频 差 的联 合 估 计 。假 定 两 站 观 测 信 号 分 别 为
ｌ （） － （） 则 它 们 的互 模 糊 函 数 为 ： ｚ ￡ 、ｚ ￡ ， ｚ
ｒＴ
Ａ（ ，） Ｉ ｚ （） （ ＋ｒ ｅ ｄ ｒ ＝ １ ｆ ） ｔ
星等平 台在 空间 复杂信 号 环境下 进行 高精 度 远距 离 目
标 探测 的需求 不 断增 长 ， 因此 多 站 时 差频 差定 位 技 术
ｆｌ ｚ～ｌ ｌ ＿ ｌ ｚ ｌ一 ｌ ２ ｚ—ｚ ｌ ａ １ ＝ｃ ｔ ｌ
ｆ广 ｏ ２・（ ｚ—ｚ ） ２ １・（ １ ］一 ｆ （ ） ｚ— ） １
Ｋｅ ｒ ｓ ｒｄ ｒｓｇ ａ ；ＴＤＯＡ－ ｙｗｏｄ ：ａ ａ ｉ ｌ ＦＤＯＡ ｏ ａｉｎ ｌｃ ｔ ；ＥＬＩ ｏ ＮＴ／ Ｍ ＥＳ
０ 引 言
时差频 差联 合定 位是 电子 战领 域一 种典 型 的多站 定位体 制口 。与 纯 时差 或 纯 频 差 定 位 相 比， ］ 该体 制 所 需 观测 站更 少 ， 站 即可实 现地 面 目标定 位 ， 双 三站 可实 现空 间 目标 定位 ， 多数情 况下 ， 且 时差 与频差定 位 线接 近垂直相 交 ， 有利 于 定 位 精度 提 高 。但 由 于雷 达 以脉 冲工作方 式 为主 ， 信号 持续 时 间相对 较短 ， 不利 于频 差
ｌ 基 本 概 念
假定 两个 运 动观测 站对 地 面静止 目标 辐射 源信号
形设计 以及 高 处 理 增 益 脉 冲压 缩 技 术 应 用 越 来 越 广 泛， 而电子 侦察信 号 处理技 术 也不 断发 展进 步 ， 些变 这
化使得 侦察 系统 用长 时 间相干 积 累处理 实现 雷达 信号 高精度 频差 测量 成 为可 能 ； 一方 面 ， 用 无 人 机 、 另 利 卫
Ｊ０
（） ３
在 （ ， 二维 平 面上 搜 索 互模 糊 函数 的峰 值 可 得 ｒ ） 到时差 、 频差估 计值 。 Ｓｅ ｔｉ ｎ在文 献［ ２ 中对 互 模糊 函数 时 差 一频 差联 １］ 合估 计方 法进行 了详 细研 究 ， 出 了实 用处 理 算 法 和 给 测 量精 度 分 析 。根 据 Ｓｅ ｔｉ 人 的推 导 ， 差 与 频差 ｎ等 时 估 计 的方 差下 限 Ｃ Ｂ分 别为 ： Ｒ
决途 径 。
精 确测量 ， 因此 该 体制 最 初 主 要 用 于通 信 及 通 信 干 扰 源 侦察定 位口 。近年 来 ， ］ 随着 雷达技 术 不断 发展 ， 达 雷
系统 的处 理方式 和 波形 特 点 发 生 了深 刻 变 化 ， 分辨 高 多普 勒相 干处 理 、 大时 间 一带 宽积 ／ 占空 比脉 冲 串波 高
制是否适 用于雷 达信 号 ， 大程 度 上取 决 于 非合 作 情 很
况下， 频差 精确测 量 能否 实 现 。 因此本 文 主要 围绕 雷 达 信号精 确频差 测量 技术 展 开讨 论 ， 其 中涉及 的主 对 要 问题 ， 如测量精 度 、 频差 模 糊 、 对各 种 雷 达信 号 的适 应性 、 信 号 处 理 、 号 采 集 处 理 方 式 等 进 行 详 细 多 信
进行 观测 。由于信 号 传播 路径 长 度 不 同 ， 站 接收 信 各
号之 间产 生 到达 时差 （ ＴＤＯ ； Ａ） 而各 站 与 辐射 源 之 间 相 对 径 向 速 度 不 同 ， 收 信 号 之 间 产 生 到 达 频 差 接
（ Ｄｏ 。根 据 上 述 关 系 建 立 观 测 方 程 ： Ｆ Ａ）
报告 Ｉ 。国 内也 有多 家单 位开 展 了雷 达信 号 时差 频 ５ ］
差 定位 体 制 研 究［ ， 得 了初 步 进 展 。本 文 主 要 对 ６ 取 ］
该 体制 工程 实现 有关 问题 进 行 分 析研 究 ， 重点 围绕 雷 达 信号 频差 测量 关键 技 术 展 开 讨 论 ， 出 了可 能 的 解 提
息 以及 目标 的地面 约束 方 程 ， 可解 算 出辐 射 源 位 置 即 信息 。该模 型可 以方 便 地 扩展 为 多 站情 形 ， 足 空 间 满
目标 侦 察 定 位 的 需 要 。
对雷达 辐射 源定位 问题 ， 究 了非 合作 接收 情况下 ， 研 数 字式侦 察 接收 机对 单 载频相 参 脉 冲 串信 号 的 Ｆ ＯＡ 精 确测量技 术 ， 献 ［ １ 对测 量方法 进行 了优 化 ， 文 １］ 并对 其 工 程实现 进行 了深 入研 究 ， 够适 应 相 位 编码 和 线性 能 调 频等 脉 内调 制 以 及 多 种 重 频 样 式 的 相 参 脉 冲 串 信号。
术进 行 分析研 究 ， 重点 讨论 频差精 确 测量 方法 ， 工程 实现 的 有 关 问题做 了初 步 分析 ， 对 并提 出
了可能 的解 决途径 。
关 键 词 ： 雷 达 信 号 ； 差 频 差 定 位 ； 子 侦 察 时 电 中 图分 类 号 ： Ｔ ７ Ｎ９ ４ 文献标 识码 ： Ａ
｝ｏ ≥ ｏ ｝ ≥ ∞
（ ４）
分别独 立进行 ； 第二 种方法 需要 站问信号 转发 ， 通过计
算两站 接收信 号之 间的互模 糊 函数进行 时差频差 联合
估计 。
２１ 基于 Ｆ ． ＯＡ 的 频 差 测 量 法
电子侦察 系 统 接 收 信 号 的 Ｆ Ａ 是 中心 频 率 （ Ｏ 载 频） 多普勒频 偏 之和 。为 了在定 位 观 测量 中充 分反 与
越高 。
２ ２ 基 于 互 模 糊 函 数 的 频 差 测 量 法 ．
２ 雷 达 信 号频 差 测 量
雷达信 号频差 测量 可 以考虑 两种实 现方法 。第 一
种方 法 ， 站分别 测 量信 号 的到 达 频率 Ｆ 各 ｏＡ， 后 两 然 两相 减获得 频 差 ， 与 通 过 测 量 脉 冲 到 达 时 间 Ｔ 这 ＯＡ 再相减 得到 时差 的做法 相 类 似 ， 与传 统 的 雷达 信 号侦 察处理 方式有 很好 的兼 容 性 ， 频差 测 量 与 时差 测 量 可
ｒ ｓａ ｃ ｄ ｒｓｅ ｕ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｍｂ ｒｏ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｉ ｎ ｏ ｕ ｎ ｒ ｄ ｒｓｇ ａ ＤＯＡ ａ ｕ ｅ ｎ ． ｉ ｒ ｅ ｆｋ ｙ ｉ ｕ ｓｏ ｈ ｓｔ ｐ ｃａ ｄ ｆ ｃ ｓｏ ａ ａ ｉ ｎ ｌ ｓ Ｆ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ Ｐｒｍａ ｙ
正越 来越 多地 受 到雷 达 侦察 领域 的关 注 ， 为 新 的研 成
【 ｝ ３ ｃＬ ｌ ５ ｌ ＂ｌ ｚ一 ２
『 ｚｆ Ｊ ｌ ｚ— ｌＩ－
式 中 ２ 、 ｚ为两 站 位 置 向量 ， ｚ ｚ为 目标 位置 向量 ， 、
收稿 日期 ：２ １ ０ ０—０ ８—０ ；０ ０ １ １修 回 。 ６ ２ １ —１ —０ 作 者 简介 ： 田达 （９ ５一） 男 ， 士 ， 工 ， 要研 究 方 向 为 无 源 定 １７ ， 博 高 主 位 、 号处 理 。 信
第 ２ ７卷第 １期
航 天 电子对 抗
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雷 达 信 号 时差 频 差 定 位 关键 技 术 研 究
田 达， 根弟， 王 卢 鑫 （ 国航 天 科 工 集 团 ８ １ 中 ５ １研 究 所 ， 苏 南 京 ２ ０ ０ ） 江 １ ０ ７ 摘 要 ： 雷达 信 号 时 差 频 差 定 位 是 当 前 电 子 战 领 域 内 的 热 点 研 究 课 题 。 对 其 中 的 关 键 技
究热 点 。美 国洛克 西德 ・马 丁公 司从 上 世 纪 ９ ０年 代
起就 开展 了相 关 的实用 技术 研究 ， 于 １ ９ 并 ９ ６年 申请 了
专 利 ｒ 。２ ０ ３ ０ １年 起 ， 约 州 立 大 学 ＭａｋＬ Ｆ ｗｌ 课 ］ 纽 ｒ ． ｏ ｅ ｒ
题组 发表 了雷 达脉 冲 串时差 频差定 位技 术 的系列研 究
ｃ ｎｓｄ ｒ ｔｏｎ ｎ ｙ ｔ ｍ ｍ ｐ ｅ ｅ ａ ｉ ｎ ｏｓ ｉ ｅ ｓ ｕ ｉ ｏｒｓ ｍ ｅ ｅ ｉ ｅ ｉ ｇ ｒ ｌ ｔ ｄ ｐｒ ｅ ｓａｒ ｌｏ ｏ ｉｅ ａ ｉ ｓ ｏ ｓ ｓ ｅ ｉ ｌ ｍ ｎｔ ｔｏｎ ａ ｄ ｐ ｓｂｌ ｏｌ ｔｏｎｓｆ ｏ ｎｇｎｅ ｒｎ ｅ ａ ｅ ｏｂｌｍ ｅ ａｓ ｄｉｃ ｓ ｄ． ｓ ｕｓ ｅ
Ｒ ｄ ｒｅ ｔ ｒｌｃｔ ｎ ｕｉｇＴ ＯＡ Ｆ Ｏ ａｕｅ ｎｓ ｋ ｙｉ ｕｓｓ ｄ ａ ａ ｍｉ ｅ ａｉ ｓ Ｄ ／ Ｄ Ａ ｍｅｓ ｒｍｅ ｔ￣ ｅ ｓｅ ｔ ｙ ｔ ｏ ｏ ｎ ｓ ｕ
Ｔｉ ｎ ｄａ， ａ ｎｄ ， ｎ ａ Ｗ ｎｇ ｇｅ ｉ Ｌｕ ｘｉ
为 两站 速 度 向量 ， ” 表 向量 点 积 ， ｔ ａ “・ 代 Ａ 、 ｆ分别 为 时差 、 频差 ， Ｃ为 光速 ， ｏ 信 号 中心 频 率 。通 过 测 ， 为
量 时差 和 频差 ａ 结 合 观 测 站 自身位 置 和 速 度信 ｆ，
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航 天 电子 对抗
２１ （） ０ １ １
分析。
点数 ，ＮＲ为 信 噪 比 ， 采 样 频 率 ， 差 测 量 方 差 Ｓ Ｆ 为 频