一種雙基雷達(dá)固定目標(biāo)時(shí)域定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙基雷達(dá)固定目標(biāo)時(shí)域定位方法，主要 用于大區(qū)域內(nèi)固定目標(biāo)檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 固定目標(biāo)定位是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知的重要內(nèi)容，在敵情偵測(cè)中具有重要意 義。目前單基雷達(dá)通過(guò)對(duì)目標(biāo)距離和目標(biāo)角位置的測(cè)量實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。測(cè)距精度受到發(fā)射 信號(hào)帶寬的影響，帶寬越大，精度越高。角度測(cè)量精度受到天線孔徑影響，天線孔徑越大，角 分辨力就越高。因此，傳統(tǒng)單基雷達(dá)若要提高定位精度，需要采用大孔徑天線和大帶寬發(fā)射 信號(hào)，使得整個(gè)系統(tǒng)成本大大增加。并且，由于采用了單基方式，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中很容易受到 地方干擾或者反輻射導(dǎo)彈攻擊，其生存能力面臨極大挑戰(zhàn)。
[0003] 由于采用了收發(fā)分置模式，雙基雷達(dá)系統(tǒng)可以將發(fā)射機(jī)置于安全區(qū)域，而將接收 機(jī)放在靠監(jiān)視區(qū)域附近，系統(tǒng)的生存能力大大提升。此外，雙基雷達(dá)還具有系統(tǒng)構(gòu)型靈活、 具備一定的反隱身能力等優(yōu)勢(shì)。因此，作為現(xiàn)代雷達(dá)一個(gè)重要領(lǐng)域，雙基雷達(dá)越來(lái)越得到廣 泛關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種二維空間內(nèi)雙基 雷達(dá)固定目標(biāo)定位方法，使得系統(tǒng)的生存能力大大提升，定位精度不依賴于信號(hào)帶寬，對(duì)發(fā) 射機(jī)要求不高，且能降低系統(tǒng)成本。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種雙基雷達(dá)固定目標(biāo)時(shí)域定位方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1，建立雙基定位系統(tǒng)模型：在二維空間內(nèi)，目標(biāo)固定尺寸遠(yuǎn)小于目標(biāo)至接收機(jī)的 距離，并且小于雷達(dá)波束寬度，可以看作點(diǎn)目標(biāo)；接收機(jī)和發(fā)射機(jī)分別繞著各自的轉(zhuǎn)動(dòng)中心 對(duì)應(yīng)做半徑為6、^的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其角速度分別為ω JP ω 2，并且有ωι￥ ω 2;以接收 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為原點(diǎn)，以接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心到發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的方向?yàn)閄軸正向在二維空間 內(nèi)建立笛卡爾坐標(biāo)系。
[0006] 步驟2,推導(dǎo)單散射點(diǎn)目標(biāo)的斜距歷程R得到： R (t) R^+Rto-riCos (ω jt+ O1-B1) -r2cos (ω 2t+ α 2- θ 2) 其中，Rt(]為發(fā)射機(jī)旋轉(zhuǎn)中心到目標(biāo)的距離，Rrf為接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心到目標(biāo)的距離，θ 目標(biāo)與接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線與X軸正向的夾角，θ 2為目標(biāo)與發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線與X 軸正向的夾角，Θ (t) = Θ。+cot，Θ。為初始角度，ω為接收機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度，a 1和α 2分別 是接收機(jī)和發(fā)射機(jī)在零時(shí)刻的初始方位角。
[0007] 步驟3,推導(dǎo)解調(diào)后單散射點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型，得到：
其中，σ為目標(biāo)散射強(qiáng)度，λ為信號(hào)波長(zhǎng)；假設(shè)在定位過(guò)程中共采樣K次，則回波信號(hào) 離散化形式為：
其中，k= 1，2,…，Κ。
[0008] 步驟4,構(gòu)造三維信號(hào)匹配矩陣：假設(shè)用P1搜索Θ i，用β2搜索Θ 2，在P1方向 將（0, 2 π )分成M份，則搜索步長(zhǎng)為Δ β 1= 2 π /Μ，在方向β 2將（0, 2 π )分成N份，則搜 索步長(zhǎng)為A β2= 2 31/Ν，根據(jù)離散化的回波信號(hào)形式可得三維信號(hào)匹配矩陣為：
其中，m = 1，2,…，M ;η = 1，2,…，N ;k = 1，2,…，Κ。
[0009] 步驟5,將回波信號(hào)s(k)中的第k個(gè)元素與三維信號(hào)匹配矩陣g(m，n，k)中的第k 頁(yè)中所有元素相乘來(lái)估計(jì)方位角對(duì)Θ JP Θ 2，得到對(duì)方位角對(duì)Θ JP Θ 2的估計(jì)分別為β i 和β2，進(jìn)而得到對(duì)目標(biāo)位置的估計(jì)：
，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，其中， L為接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心到發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的距離。
[0010] 根據(jù)步驟1的雙基定位系統(tǒng)模型，假設(shè)場(chǎng)景中存在一單散射點(diǎn)目標(biāo)，其坐標(biāo)為 (X。，y。)，接收機(jī)的坐標(biāo)為Up yj，發(fā)射機(jī)的坐標(biāo)為（xt，yt)，接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心到發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 中心之間的距離為L(zhǎng)，發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心坐標(biāo)為（L，〇)，所述步驟2中斜據(jù)歷程R的推導(dǎo)過(guò)程 為：
[0011] 所述步驟3中解調(diào)后單散射點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型的推導(dǎo)過(guò)程為：發(fā)射機(jī)輻射信號(hào) 可表示為exp {j2 JT ft}，其中的f為信號(hào)頻率，若τ為信號(hào)時(shí)延，則點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)為：
得到解調(diào)后的回波信號(hào)形式為：
其中，σ為目標(biāo)散射強(qiáng)度，λ為信號(hào)波長(zhǎng)。
[0012] 定義<8運(yùn)算為所述步驟5中將回波信號(hào)s(k)中的第k個(gè)元素與三維信號(hào)匹配矩 陣g(m，n，k)中的第k頁(yè)中所有元素相乘，則：
〇.
[0013] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種全新的雙基雷達(dá)固定目標(biāo)定位系統(tǒng)，并且給出了其定位算法， 其具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、采用了雙基雷達(dá)模式，生存能力較強(qiáng)；2、本發(fā)明提出的定位系統(tǒng)的定 位精度不依賴于信號(hào)帶寬，可以采用窄帶信號(hào)甚至是單頻連續(xù)波信號(hào)，對(duì)發(fā)射機(jī)要求不高， 降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本；3、定位算法運(yùn)算復(fù)雜度較低，魯棒性高，有較高的定位精度，可以 同時(shí)測(cè)得觀察區(qū)域內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)位置。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑!T1= IOm和r 2= 15m，外福射源信號(hào)頻 率f = 300MHz，發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度1倍時(shí)的定位仿真結(jié)果圖。
[0016] 圖3為本發(fā)明當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑!T1= IOm和r 2= 15m，外福射源信號(hào)頻 率f = 300MHz，發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度1. 3倍時(shí)的定位仿真結(jié)果圖。
[0017] 圖4為本發(fā)明當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑!T1= 20m和r 2= 15m，外福射源信號(hào)頻 率f = 900MHz，發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度1. 3倍時(shí)的定位仿真結(jié)果圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑!T1= IOm和r 2= 20m，外福射源信號(hào)頻 率f = 300MHz，發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度1. 5倍，隨機(jī)產(chǎn)生8個(gè)目標(biāo)時(shí)的定位 仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例 僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容 之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所 附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0020] 本發(fā)明提供一種雙基雷達(dá)固定目標(biāo)時(shí)域定位方法，包括以下步驟： 步驟1，建立雙基定位系統(tǒng)模型。在二維空間內(nèi)，目標(biāo)固定尺寸遠(yuǎn)小于目標(biāo)至接收機(jī)的 距離，并且小于雷達(dá)波束寬度，可以看作點(diǎn)目標(biāo)。接收機(jī)和發(fā)射機(jī)分別繞著各自的轉(zhuǎn)動(dòng)中心 對(duì)應(yīng)做半徑為r 勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其角速度分別為ω JP ω 2，并且有Co1^ ω 2。以接 收機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為原點(diǎn)，以接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心到發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的方向?yàn)閄軸正向在二維空 間內(nèi)建立笛卡爾坐標(biāo)系，假設(shè)接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心到發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間距離為L(zhǎng)，則發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)中心坐標(biāo)為（L，0)。如圖1所示。假設(shè)Q 1為目標(biāo)與接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線與X軸正向 的夾角，Θ 2為目標(biāo)與發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線與X軸正向的夾角，A i、a i分別是接收機(jī)的方 位角和其零時(shí)刻的初始方位角，Α2、α 2分別是發(fā)射機(jī)的方位角和其零時(shí)刻的初始方位角，接 收機(jī)的坐標(biāo)為（\，I)，發(fā)射機(jī)的坐標(biāo)為（xt，y t)。則有：
[0021] 步驟2,推導(dǎo)單散射點(diǎn)目標(biāo)的斜距歷程。
[0022] 根據(jù)上述定位模型，假設(shè)場(chǎng)景中存在一單散射點(diǎn)目標(biāo)，其坐標(biāo)為（X。，y。)，接收機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)中心（坐標(biāo)系原點(diǎn)）到目標(biāo)的距離為R rf，發(fā)射機(jī)旋轉(zhuǎn)中心到目標(biāo)的距離為Rt。，則可求出 斜距歷程R :
[0023] 步驟3,推導(dǎo)解調(diào)后單散射點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型。
[0024] 本發(fā)明中所用的信號(hào)為單頻信號(hào)，所以發(fā)射機(jī)輻射信號(hào)可表示為exp{j2 π ft}，其 中的f為信號(hào)頻率。若τ為信號(hào)時(shí)延，則點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)為：
解調(diào)后的回波信號(hào)形式為：
其中，σ為目標(biāo)散射強(qiáng)度，λ為信號(hào)波長(zhǎng)。在定位時(shí)要求接收機(jī)和發(fā)射機(jī)各自繞著其 轉(zhuǎn)動(dòng)中心最少轉(zhuǎn)動(dòng)一周，假設(shè)在定位過(guò)程中共采樣K次，則回波信號(hào)離散化形式為： CN 105137417 A ~P 5/6 頁(yè)
其中，k= 1，2,…，K。
[0025] 步驟4,構(gòu)造三維信號(hào)匹配矩陣。
[0026] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)Θ挪Θ 2進(jìn)行估計(jì)，再利用系統(tǒng)模型來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。假設(shè)分別 用β 2對(duì)Θ JP Θ 2進(jìn)行搜索和估計(jì)，在β i方向?qū)ⅲī?2 3〇分成M份，則搜索步長(zhǎng)為 Δ β1= 2 31/M，在方向β 2將（〇, 2 π]分成N份，則搜索步長(zhǎng)為Δ β 2= 2JT/N。實(shí)