基于合成孔徑天線陣列的雷達(dá)信號(hào)被動(dòng)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)和雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域 中的一種基于合成孔徑天線陣列的雷達(dá)目標(biāo)被動(dòng)定位方法。本發(fā)明可用于通過(guò)小型飛行器 實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)精確定位。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)目標(biāo)被動(dòng)定位的方法有接收信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)示（ReceivedSignalStrength Index,RSSI)、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TimeDifferencesofArrival,TDOA)、信號(hào)到達(dá)載 頻差（FrequencyDifferencesofArrival,FDOA)和信號(hào)到達(dá)方向（Directionof Arrival，DOA)等?；贒OA的雷達(dá)目標(biāo)被動(dòng)定位技術(shù)是現(xiàn)役雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)中最常用的雷達(dá) 目標(biāo)測(cè)向定位機(jī)制，當(dāng)該機(jī)制自身存在不可回避的弊端。
[0003] 曲毅發(fā)表的論文"機(jī)載陣列雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與定位方法研宄"（西安電子科技大學(xué) 博士論文2009)中提出了一種D0A的估計(jì)方法。該方法首先在奇異值分解后的譜空間中獲 得D0A，然后計(jì)算互耦系數(shù)，再采用MUSIC方法進(jìn)一步估計(jì)D0A，最終獲得較精確的D0A。該 方法存在的不足是，必須要利用天線陣列及多通道接收機(jī)，其體積較大且重量過(guò)重，不適宜 用于小型飛行器。
[0004]YuanShen等人發(fā)表的論文"OntheAccuracyofLocalizationSystemsUsing WidebandAntennaArrays"（IEEETransactionsonCommunications,Vol. 58,No. 1,pp. 2 70-280,January2010.)中研宄了采用寬帶天線陣列的定位精度。該論文指出雖然天線陣 列可以實(shí)時(shí)給出雷達(dá)信號(hào)來(lái)波方向，但針對(duì)遠(yuǎn)距離雷達(dá)進(jìn)行測(cè)向時(shí)，測(cè)向誤差將在遠(yuǎn)距離 形成巨大展角，造成后續(xù)定位誤差過(guò)大，所以基于天線陣列測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向精度將受天線 孔徑大小的直接影響。
[0005] 天津大學(xué)申請(qǐng)的專利"基于激光雷達(dá)的四旋翼無(wú)人機(jī)自主定位及控制方法"（公開 號(hào)：CN103868521A，【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410057861. 3,申請(qǐng)日：2014 年 2 月 20 日）中公開了一種 利用小型飛行器的主動(dòng)定位方法。該方法首先利用二維激光雷達(dá)進(jìn)行無(wú)人機(jī)水平方向的初 步定位，利用機(jī)載氣壓計(jì)得到無(wú)人機(jī)的高度方向的初步位置值；之后利用互補(bǔ)濾波算法，結(jié) 合機(jī)載加速度計(jì)芯片，獲得更高頻率的無(wú)人機(jī)位置信息；最后基于此位置信息。該專利申請(qǐng) 存在的不足是，僅能用于主動(dòng)發(fā)射信號(hào)的定位方式，而不能用于通過(guò)接收地基雷達(dá)發(fā)射的 信號(hào)的被動(dòng)定位方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出了一種基于合成孔徑天線陣列 的雷達(dá)信號(hào)被動(dòng)定位方法。本發(fā)明使用小型飛行器實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)精確定位，克服了現(xiàn)有技 術(shù)中由于使用體積較大且重量較重的天線陣列而無(wú)法應(yīng)用于小型飛機(jī)的問題，克服了機(jī)載 天線陣列測(cè)向系統(tǒng)由于利用大型空載平臺(tái)而容易被敵方發(fā)現(xiàn)的問題，克服了有技術(shù)中基于 天線陣列測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向精度將受天線孔徑大小的直接影響的問題。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是，提出被動(dòng)合成孔徑天線陣列的新概念，將不同時(shí)間位 于不同飛行位置的同一接收機(jī)虛擬視為合成孔徑天線陣元，充分利用小型飛行器的空間 運(yùn)動(dòng)特性及雷達(dá)脈沖信號(hào)的周期旋轉(zhuǎn)特性，給出雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)虛擬到達(dá)時(shí)間差精確估計(jì)方 法。
[0008] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體步驟如下：
[0009] (1)系統(tǒng)初始化：
[0010] (la)測(cè)量得到待定位雷達(dá)天線旋轉(zhuǎn)角速度及旋轉(zhuǎn)角度周期；
[0011] (lb)按照T=n/D公式，計(jì)算待定位雷達(dá)的天線旋轉(zhuǎn)時(shí)間周期，其中T表示待定 位雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)時(shí)間周期，n表示待定位雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)角度周期，q表示待定位雷達(dá) 天線的旋轉(zhuǎn)角度速度；
[0012] (lc)實(shí)時(shí)記錄兩臺(tái)飛行器所處位置；
[0013] (2)采樣接收待定位雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)離散化：
[0014] (2a)分別獲得兩臺(tái)飛行器接收待定位雷達(dá)脈沖波形的復(fù)基帶信號(hào)；
[0015] (2b)對(duì)兩臺(tái)飛行器接收的待定位雷達(dá)脈沖波形的復(fù)基帶信號(hào)，分別以采樣速率進(jìn) 行離散化采樣；
[0016] (3)確定虛擬到達(dá)時(shí)間差：
[0017] (3a)利用麥克勞林展開級(jí)數(shù)擬合法，擬合待定位雷達(dá)天線主瓣增益方向性；
[0018] (3b)利用最大值查找法，估計(jì)第1個(gè)飛行器進(jìn)入待定位雷達(dá)天線主瓣的第i個(gè)掃 描周期增益方向性中心的對(duì)應(yīng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)可調(diào)可預(yù)設(shè)飛行時(shí)間間隔后，估計(jì)第1個(gè)飛行器 進(jìn)入待定位雷達(dá)天線主瓣的第j個(gè)掃描周期的增益方向性中心的對(duì)應(yīng)時(shí)間，估計(jì)第2個(gè)飛 行器進(jìn)入待定位雷達(dá)天線主瓣的第1個(gè)掃描周期增益方向性中心的對(duì)應(yīng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)可調(diào)可 預(yù)設(shè)飛行時(shí)間間隔后，估計(jì)第2個(gè)飛行器進(jìn)入待定位雷達(dá)天線主瓣的第m個(gè)掃描周期的增 益方向性中心的對(duì)應(yīng)時(shí)間；
[0019] (3c)按照下式，計(jì)算虛擬到達(dá)時(shí)間差：
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于合成孔徑天線陣列的雷達(dá)信號(hào)被動(dòng)定位方法，包括如下步驟： (1) 系統(tǒng)初始化： (la)測(cè)量得到待定位雷達(dá)天線旋轉(zhuǎn)角速度及旋轉(zhuǎn)角度周期； (lb) 按照T=n/D公式，計(jì)算待定位雷達(dá)的天線旋轉(zhuǎn)時(shí)間周期，其中T表示待定位雷 達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)時(shí)間周期，n表示待定位雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)角度周期，q表示待定位雷達(dá)天線 的旋轉(zhuǎn)角度速度； (1C)實(shí)時(shí)記錄兩臺(tái)飛行器所處位置； (2) 采樣接收待定位雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)離散化： (2a)分別獲得兩臺(tái)飛行器接收待定位雷達(dá)脈沖波形的復(fù)基帶信號(hào)； (2b)對(duì)兩臺(tái)飛行器接收的待定位雷達(dá)脈沖波形的復(fù)基帶信號(hào)，分別以采樣速率進(jìn)行離 散化采樣； (3)確定虛擬到達(dá)時(shí)間差： (3a)利用麥克勞林展開級(jí)數(shù)擬合法，擬合待定位雷達(dá)天線主瓣增益方向性； (3b)利用最大值查找法，估計(jì)第1個(gè)飛行器進(jìn)入待定位雷達(dá)天線主瓣的第i個(gè)掃描周 期增益方向性中心的對(duì)應(yīng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)可調(diào)可預(yù)設(shè)飛行時(shí)間間隔后，估計(jì)第1個(gè)飛行器進(jìn)入 待定位雷達(dá)天線主瓣的第j個(gè)掃描周期的增益方向性中心的對(duì)應(yīng)時(shí)間，估計(jì)第2個(gè)飛行器 進(jìn)入待定位雷達(dá)天線主瓣的第1個(gè)掃描周期增益方向性中心的對(duì)應(yīng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)可調(diào)可預(yù)設(shè) 飛行時(shí)間間隔