CN102819008B - 一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法，该方法属于无源雷达目标定位技术领域。现有的基于到达时间、到达时差和到达角的多站无源定位技术的其中一个难题就是，多站系统需要确定获取这些量测时所使用的接收脉冲信号来自相同雷达的相同发射脉冲。为此，本发明采用了一种基于非线性最小二乘的无源定位方法。该方法利用多个无源接收站顺序截获非合作雷达源天线主波束辐射信号的时刻来联合估计发射源的具体位置，且该方法不需要关于非合作雷达辐射源天线扫描速率的先验信息。本方法适合于对在方位上有规律地圆周扫描或扇区扫描的非合作雷达辐射源进行定位，可以为其他有源传感器或基于其他量测的多站定位系统提供引导。

Description

一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法

一、技术领域

本发明属于无源雷达目标定位技术领域，特别涉及一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位技术。 

目前，利用非合作雷达辐射源的一个或多个特征对其进行无源定位的技术已发展成熟。一般情况下，基于到达时差、到达角和/或多普勒频率观测的无源定位技术是解决非合作雷达辐射源定位问题的有效方法，其中基于到达角的无源定位技术就是利用布置在空间不同位置的多个测角装置所得到的关于辐射源信号的到达角，通过交叉定位技术得到关于目标辐射源的位置估计。基于到达时差的无源定位技术也是一种非常适合于对非合作雷达辐射源进行定位的技术，但是该方法需要高精度的到达时间测量和各站址间精确的时间同步，非常微小的定时误差将导致很大的位置不确定范围，而且该方法要求在不同地理位置的接收机能够从不同的角度截获来自相同雷达的相同发射脉冲。事实上，基于到达角的无源定位算法也需要每个测角装置测量来自相同雷达的相同发射脉冲的精确到达角信息。如果多个接收装置不能获得来自相同雷达辐射源相同发射脉冲的量测，就不能准确估计出目标辐射源的位置。而在实际运用中，由于多个接收装置布站受复杂地形环境的影响，很难保证在非合作雷达辐射源不同副瓣方向的不同接收装置能够同时准确地截获其发射的信号，特别是采用了低截获概率技术的雷达辐射源。 

1.要解决的技术问题 

本发明的目的是提供一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法，其可用于解决在方位上进行有规律地圆周扫描或扇区扫描的非合作低截获概率雷达辐射源的定位问题，其中要解决的技术问题包括： 

(1)给出基于非线性最小二乘准则的无源定位方法的实施过程； 

(2)较为合理地设置非线性最小二乘估计器搜索计算的初始值。 

2.技术方案 

本发明所述的一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法，包括以下步骤： 

A1.多个无源接收装置对待测雷达的主瓣峰值波束辐射信号的到达时刻信息进行精确测量； 

A2.获取上述测量结果，并将相邻无源接收装置测量得到的峰值信号到达时刻进行相减，得到由相邻无源接收装置间的扫描时延组成的矢量； 

A3.构造基于非线性最小二乘准则的代价函数； 

A4.设置目标的初始位置，以减小迭代搜索的计算量； 

A5.求解使得代价函数最小时对应的参数，即为目标位置的最优估计。 

其中所述步骤A4还包括步骤： 

B1.对多个无源接收装置测量得到的主瓣峰值波束辐射信号的到达时刻t_i由小到大进行排序； 

B2.计算最大与最小到达时刻间的时延t_1N，并估计天线的最大扫描速率ω为2π/t_1N； 

B3.将天线扫描速率所在的区间[0，2π/t_1N]进行m等分，得到可能接近或等于天线实际扫描速率的ω_k，1≤k≤m； 

B4.对每一个可能的天线扫描速率ω_k，计算天线扫描过所有相邻无源接收装置之间所形成的扫描角β_i； 

B5.利用所获得的扫描角β_i，进行交叉定位，从而得到目标位置的m个初值。 

3.有益效果 

与以往基于到达时差、到达角和/或多普勒频率观测的无源定位方法相比，本发明不要求多站无源接收装置精确测量来自相同雷达相同发射脉冲的特征参数，也能解决在方位上进行有规律地圆周扫描或扇区扫描的低截获概率雷达辐射源的定位问题，且定位方法易于实现，同时能够提供关于目标雷达辐射源天线扫描速率的估计，可以为其他有源传感器或基于其他量测的多站定位系统提供引导或指示。 

四、附图说明

附图1是本发明的多站无源定位系统示意图。 

附图2是本发明的定位方法实施框图。 

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，基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位系统属于一种多站无源定位系统。其利用在空间上分布式布置的N个接收装置(N≥3)，对感兴趣监视区域内的非合作雷达辐射源进行探测，当目标辐射源发射天线在方位上进行有规律地圆周扫描或扇区扫描时，多站接收装置对其主瓣波束发射的信号到达每个接收站的时刻进行精确测量，然后把量测结果送到信息处理中心； 

如图2所示，本发明提供一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法，具体实施方式包括以下步骤： 

A1.多个无源接收装置对待测雷达的主瓣峰值波束辐射信号的到达时刻t_i(1≤i≤N)进行精确测量； 

A2.获取上述测量结果，并将相邻无源接收装置测量得到的峰值信号到达时刻进行相减，得到由相邻无源接收装置间的扫描时延组成矢量τ＝[t₁₂，t₂₃，......，t_(N-1)N]^T，其中t_i(i+1)＝t_(i+1)-t_i； 

A3.构造基于非线性最小二乘准则的代价函数 $J_{\mathrm{NLS}}(\mathrm{\ω},X)={(\mathrm{\τ}-\frac{A\left(X\right)}{\mathrm{\ω}})}^T{\mathrm{\Σ}}^{-1}(\mathrm{\τ}-\frac{A\left(X\right)}{\mathrm{\ω}}),$ 其中 $A\left(X\right)=\left[\begin{array}{c}{\cos }^{-1}\frac{{(X_1-X)}^T(X_2-X)}{\left|\right|X_1-X\left|\right|\left|\right|X_2-X\left|\right|}\\ {\cos }^{-1}\frac{{(X_2-X)}^T(X_3-X)}{\left|\right|X_2-X\left|\right|\left|\right|X_3-X\left|\right|}\\ .\\ .\\ .\\ {\cos }^{-1}\frac{{(X_{N-1}-X)}^T(X_N-X)}{\left|\right|X_{N-1}-X\left|\right|\left|\right|X_N-X\left|\right|}\end{array}\right],$ ||a||表示取参数a的欧氏范数；  表示第i个接收装置的到达时间TOA量测误差的方差； 

A4.设置目标的初始位置，以减小迭代搜索的计算量； 

A5.求解使得代价函数最小时对应的参数，即 可得目标位置的最优估计 

其中所述步骤A4还包括步骤： 

B1.对多个无源接收装置测量得到的主瓣峰值波束辐射信号的到达时刻t_i由小到大进行排序； 

B2.计算最大与最小到达时刻间的时差t_1N＝t_N-t₁，并估计天线可能的最大扫描速率ω为2π/t_1N； 

B3.将天线扫描速率所在的区间[0，2π/t_1N]进行m等分，得到可能接近或等于天线实际扫描速率的ω_k，1≤k≤m； 

B4.针对每一个可能的天线扫描速率ω_k，计算天线扫描过所有相邻无源接收装置之间所形成的扫描角β_i＝ω_kt_i(i+1)，1≤i≤N-1； 

B5.利用所获得的扫描角β_i，1≤i≤N-1，进行交叉定位，从而得到目标位置的初值 1≤k≤m。 

Claims (1)

1.一种基于非线性最小二乘的非合作雷达辐射源定位方法，其特征在于包括以下技术措施： 

(1)基于非线性最小二乘准则的非合作雷达辐射源无源定位方法的实施过程，其中非合作雷达辐射源是在方位上进行有规律地圆周扫描或扇区扫描的低截获概率雷达辐射源，而具体实施过程包括如下步骤： 

A1.多个无源接收装置对待测雷达的主瓣峰值波束辐射信号的相继到达时刻信息进行精确测量； 

A2.获取上述测量结果，并将相邻无源接收装置测量得到的峰值信号到达时刻进行相减，得到由相邻无源接收装置间的扫描时延组成的矢量； 

A3.构造基于非线性最小二乘准则的代价函数； 

A4.设置目标的初始位置，以减小迭代搜索的计算量； 

A5.求解使得代价函数最小时对应的参数，即为目标位置的最优估计；

(2)求解目标位置最优解时，迭代搜索计算前目标初始位置参数设置的具体实施过程包括如下步骤： 

B1.对多个无源接收装置测量得到的主瓣峰值波束辐射信号的到达时刻t_i由小到大进行排序； 

B2.计算最大与最小到达时刻间的时延t_1N，并估计天线可能的最大扫描速率ω为2π/t_1N； 

B3.将天线扫描速率所在的区间[0，2π/t_1N]进行m等分，得到可能接近或等于天线实际扫描速率的ω_k，1≤k≤m； 

B4.对每一个可能的天线扫描速率ω_k，计算天线扫描过所有相邻无源接收装置之间所形成的扫描角β_i； 

B5.利用所获得的扫描角β_i，进行交叉定位，从而得到目标位置的m个初值。