CN106168663B - 一种地基双基雷达地面固定目标定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地基双基雷达地面固定目标定位方法及装置，属于雷达技术领域。用以解决SAR成像存在不够灵活以及容易受打击的问题。包括：在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，将接收中心点和发射中心点之间的连线方向确定为正方向；当接收机和发射机在转动时，对随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式确定随机目标回波信号的离散采样式：根据公式，建立与述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；根据随机目标回波信号的离散采样式和具体相同尺寸且匹配的回波信号形式，通过下列公式，确定随机目标在时域内的定位模型。

Description

一种地基双基雷达地面固定目标定位方法及装置

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种地基双基雷达地面固定目标定位方法及装置。

背景技术

对地面目标进行定位与跟踪是现代战场感知的重要内容之一，但是目前在雷达信号处理领域关于目标跟踪的研究主要集中于对空中机动目标的定位。实际上，对地面目标特别是固定目标的定位可以看做是低分辨成像，但是常规的SAR成像往往存在有不够灵活或者易受敌方火力打击等问题。

综上所述，现有的SAR成像存在不够灵活以及容易受打击的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种地基双基雷达地面固定目标定位方法及装置，用以解决现有现有的SAR成像存在不够灵活以及容易受打击的问题。

本发明实施例提供一种地基双基雷达地面固定目标定位方法，包括：

在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，所述发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；将所述接收中心点和所述发射中心点之间的连线方向确定为正方向；根据所述发射机和所述接收机在所述二维平面内的坐标位置，确定所述发射中心点和所述接收中心点之间的第一距离，所述发射中心点和所述二维平面内随机目标之间的发射距离，所述接收中心点和所述随机目标之间的接收距离，所述随机目标和所述接收中心点之间连线与所述正方向的接收夹角，所述随机目标和所述发射中心点之间连线与所述正方向的发射夹角；

当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式：

根据公式(2)，建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；

根据所述随机目标回波信号的离散采样式和与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，通过下列公式(3)，确定所述随机目标在时域内的定位模型；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，λ为发射机发射的信号波长，r_r为所述第二半径，(x_m,y_n)二维平面内随机目标在第n行第m列的坐标，σ_mn为(x_m,y_n)处的固定目标的散射系数，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N，r_t为所述第一半径，L为发射机转动中心和接收机转动中心之间距离，(x₀,y₀)为二维平面内所述随机目标的坐标，σ为所述随机目标的散射系数，2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长，α_t(k)和α_r(k)分别为α_t(t)和α_r(t)的采样形式，k＝1,2,…,K，α_t0为所述发射机和所述正方向的夹角，α_r0为接收机和所述正方向的夹角。

优选地，所述当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式：包括：

通过下列公式，确定所述随机目标，所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程为：

当所述发射机的发射频率为f，发射波长为λ的信号，通过下列公式，确定单发单收通道的解调后的回波信号：

当所述随机目标在所述二维平面内的坐标为(x_m,y_n)时，通过下列公式，确定所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号：

其中，R(t)为所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程，f(t)为单发单收通道的解调后的回波信号，f(m,n,t)为所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号，(L+r_tcosα_t,r_tsinα_t)为所述发射机在二维平面内的坐标，(r_rcosα_r,r_rsinα_r)为所述接收机在二维平面内的坐标。

优选地，所述建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵之前，还包括：

当所述接收机和所述发射机在转动过程中的采样次数为K，通过下列公式，确定一个N×M×K的三维信号匹配矩阵：

其中，g(m,n,k)为三维信号匹配矩阵。

本发明实施例还提供一种地基双基雷达地面固定目标定位装置，包括：

第一确定单元，用于在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，所述发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；将所述接收中心点和所述发射中心点之间的连线方向确定为正方向；根据所述发射机和所述接收机在所述二维平面内的坐标位置，确定所述发射中心点和所述接收中心点之间的第一距离，所述发射中心点和所述二维平面内随机目标之间的发射距离，所述接收中心点和所述随机目标之间的接收距离，所述随机目标和所述接收中心点之间连线与所述正方向的接收夹角，所述随机目标和所述发射中心点之间连线与所述正方向的发射夹角；

第二确定单元，用于当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式：

第三确定单元，用于根据公式(2)，建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；

第四确定单元，用于根据所述随机目标回波信号的离散采样式和与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，通过下列公式(3)，确定所述随机目标在时域内的定位模型；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，λ为发射机发射的信号波长，r_r为所述第二半径，(x_m,y_n)二维平面内随机目标在第n行第m列的坐标，σ_mn为(x_m,y_n)处的固定目标的散射系数，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N，r_t为所述第一半径，L为发射机转动中心和接收机转动中心之间距离，(x₀,y₀)为二维平面内所述随机目标的坐标，σ为所述随机目标的散射系数，2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长，α_t(k)和α_r(k)分别为α_t(t)和α_r(t)的采样形式，k＝1,2,…,K，α_t0为所述发射机和所述正方向的夹角，α_r0为接收机和所述正方向的夹角。

优选地，所述第二确定单元具体用于：

通过下列公式，确定所述随机目标，所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程为：

当所述发射机的发射频率为f，发射波长为λ的信号，通过下列公式，确定单发单收通道的解调后的回波信号：

当所述随机目标在所述二维平面内的坐标为(x_m,y_n)时，通过下列公式，确定所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号：

其中，R(t)为所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程，f(t)为单发单收通道的解调后的回波信号，f(m,n,t)为所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号，(L+r_tcosα_t,r_tsinα_t)为所述发射机在二维平面内的坐标，(r_rcosα_r,r_rsinα_r)为所述接收机在二维平面内的坐标。

优选地，所述第二确定单元还用于：

当所述接收机和所述发射机在转动过程中的采样次数为K，通过下列公式，确定一个N×M×K的三维信号匹配矩阵：

其中，g(m,n,k)为三维信号匹配矩阵。

本发明实施例中，提供现一种地基双基雷达地面固定目标定位方法及装置，包括：在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，所述发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；将所述接收中心点和所述发射中心点之间的连线方向确定为正方向；根据所述发射机和所述接收机在所述二维平面内的坐标位置，确定所述发射中心点和所述接收中心点之间的第一距离，所述发射中心点和所述二维平面内随机目标之间的发射距离，所述接收中心点和所述随机目标之间的接收距离，所述随机目标和所述接收中心点之间连线与所述正方向的接收夹角，所述随机目标和所述发射中心点之间连线与所述正方向的发射夹角；当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式确定所述随机目标回波信号的离散采样式；根据公式建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；根据所述随机目标回波信号的离散采样式和与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，通过下列公式

确定所述随机目标在时域内的定位模型；其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，λ为发射机发射的信号波长，r_r为所述第二半径，(x_m,y_n)二维平面内随机目标在第n行第m列的坐标，σ_mn为(x_m,y_n)处的固定目标的散射系数，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N，r_t为所述第一半径，L为发射机转动中心和接收机转动中心之间距离，(x₀,y₀)为二维平面内所述随机目标的坐标，σ为所述随机目标的散射系数， 2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长，α_t(k)和α_r(k)分别为α_t(t)和α_r(t)的采样形式，k＝1,2,…,K，α_t0为所述发射机和所述正方向的夹角，α_r0为接收机和所述正方向的夹角。在本发明实施例中，采用了双基雷达模式，生存能力较强；采用的是单频信号，对发射机要求不高，降低了整个系统的成本；本发明定位算法其运算复杂度较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的发射机、接收机与目标构成的三角形示意图；

图4为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为30m而信号频率为300MHz时对随机目标的定位结果示意图；

图5为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为500MHz时对随机目标的定位结果示意图；

图6为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为30m而信号频率为500MHz时对稠密信号的定位结果示意图；

图7为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为500MHz时对稠密信号的定位结果示意图；

图8为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为1GHz时对稠密信号的定位结果示意图；

图9为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为2GHz时对稠密信号的定位结果示意图；

图10为本发明实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性的示出本发明实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位方法流程示意图；该方法可以应用在雷达定位技术中。

如图1所示，本发明实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位方法，主要包括以下步骤：

步骤101，在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，所述发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；将所述接收中心点和所述发射中心点之间的连线方向确定为正方向；根据所述发射机和所述接收机在所述二维平面内的坐标位置，确定所述发射中心点和所述接收中心点之间的第一距离，所述发射中心点和所述二维平面内随机目标之间的发射距离，所述接收中心点和所述随机目标之间的接收距离，所述随机目标和所述接收中心点之间连线与所述正方向的接收夹角，所述随机目标和所述发射中心点之间连线与所述正方向的发射夹角；

步骤102，当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式：

步骤103，根据公式(2)，建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；

步骤104，根据所述随机目标回波信号的离散采样式和与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，通过下列公式(3)，确定所述随机目标在时域内的定位模型；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，λ为发射机发射的信号波长，r_r为所述第二半径，(x_m,y_n)二维平面内随机目标在第n行第m列的坐标，σ_mn为(x_m,y_n)处的固定目标的散射系数，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N，r_t为所述第一半径，L为发射机转动中心和接收机转动中心之间距离，(x₀,y₀)为二维平面内所述随机目标的坐标，σ为所述随机目标的散射系数，2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长，α_t(k)和α_r(k)分别为α_t(t)和α_r(t)的采样形式，k＝1,2,…,K，α_t0为所述发射机和所述正方向的夹角，α_r0为接收机和所述正方向的夹角。

在步骤101中，在二维平面内设置发射机接收机的坐标位置，其中，发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；以接收机围绕的中心点为原点，以接收机围绕的中心点到发射机围绕的中心点作为X轴正向建立坐标系。

进一步地，在二维平面内在直角坐标系中依次确定发射机，接收机坐标位置。图2为本发明实施例提供的系统结构示意图。如图2所示，两个中心点之间距离为L，则发射机围绕旋转的中心点坐标为(L,0)。假设发射机和接收机转动半径分别为r_t和r_r，角速度分别为ω_t和ω_r，方位角分别为α_t(t)＝α_t0+ω_tt和α_r(t)＝α_r0+ω_rt，其中α_t0和α_r0分别为发射机和接收机的初始相位角。

进一步地，假设二维平面内的随机目标的坐标为(x₀,y₀)，则可以确定，随机目标到发射中心点的距离为R_t0，随机目标到接收中心点的距离为R_r0，随机目标与发射机转动中心和接收机转动中心连线与X轴正向之间夹角分别为θ_t和θ_r。

在步骤102中，接收机和发射机在转动时，假设二维平面为矩形区域，将该区域均匀划分为N行M列，假设随机目标的坐标为(x_m,y_n)，则可以通过下列公式(4)确定随机目标，发射机和接收机形成的单发单收通道的斜矩历程。

具体的，公式(4)如下：

其中，R(t)为所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程，(L+r_tcosα_t,r_tsinα_t)为发射机在矩形区域内的坐标，(r_rcosα_r,r_rsinα_r)为接收机在矩形区域内的坐标。

在实际应用中，若采用频率为f，波长为λ的信号，则可以通过公式(5)确定发射机发射的信号的解调后的回波信号。

具体地，公式(5)如下所示：

其中，σ为随机目标的散射系数，f(t)为单发单收通道的解调后的回波信号。

进一步地，由于随机目标在矩形定位区间内的坐标为(x_m,y_n)，则可以通过下列公式(6)确定解调后随机目标回波信号。

具体地，公式(6)如下所示：

其中，公式中σ_mn为随机目标的散射系数，f(m,n,t)为所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号。

进一步地，假设接收机和发射机在围绕原点匀速圆周运动过程中，共采样K次，则随机目标回波信号的离散形式可以通过下列公式(1)确定。

具体地，公式(1)如下所示：

其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长。

在步骤103中，根据上述步骤102中确定的随机目标回波信号的离散采样式，假设接收机和发射机在围绕原点匀速圆周运动过程中，共采样K次，则可以通过下列公式(7)确定一个N×M×K的三维信号匹配矩阵。

具体地，公式(7)如下所示：

其中，g(m,n,k)为三维信号匹配矩阵。

进一步地，将坐标为(x₀,y₀)的随机目标的回波信号扩展为与该随机目标信号匹配矩阵尺寸相同的回波信号矩阵，具体地，如下列公式(2)所示：

需要说明的是，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，公式(2)中，波信号矩阵中每一页内的元素相同，与m、n无关。

在步骤104中，根据公式(1)确定的随机目标回波信号的离散采样式和公式(2)确定具体相同尺寸且匹配的回波信号形式，在时间维内，可以通过下列公式(3)对回波信号的矩阵和与回波信号具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵的Hadamard积求和，并取其模值，确定随机目标在时域内的定位模型。

具体地，公式(3)如下所示：

其中，上述公式(3)中，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，当x_n＝x₀，y_m＝y₀时，G(m,n)出现峰值K|σ|，在其他位置会有衰减。可见，峰值位置实现了对目标位置的重建。

需要说明的是，在实际情况下，随机目标到发射机和接收机的距离远大于其转动半径，即R_t0＞＞r_t和R_r0＞＞r_r，所以斜距历程也可以近似用下列公式(7)表达：

R(t)＝R_r0+R_t0-r_rcos[θ_r-α_r(t)]-r_tcos[θ_t-α_t(t)] (7)

而解调后回波信号则可以通过下列公式(8)表示：

通过上述公式(7)和公式(8)，可以确定，回波信号中包含了目标相对于接收机和发射机的方位角，并且互相独立。本发明实施了所提的算法实质上是通过回波信号处理得到这两个方位角，然后根据系统的几何关系对目标位置重建。其处理实际上是利用通过随机目标和接收机转动中心以及随机目标和发射机转动中心的两条直线交叉定位。图3为本发明实施例提供的的发射机、接收机与目标构成的三角形示意图。如图3所示，由发射机转动中心、目标和接收机转动中心所构成的三角形中，假设目标所在的顶点的角度为β。当β过大或者过小时，会使上述的两条直线之间夹角变小，其定位效果就会变差，当β越接近π/2rad，其定位效果越好。另外，当接收机和发射机转动半径增大或者信号频率增加，会使得上式右部第二个指数项变换范围增加，可以提升定位性能。

以下利用MATLAB软件，对上述介绍的一种地基双基雷达地面固定目标定位方法进行仿真实验，通过仿真实验，可以对本发明实施例提供的一一种地基双基雷达地面固定目标定位方法进行进一步说明。

仿真条件

在下面仿真中，发射机坐标为(4000m，0m)。仿真结果中的“o”表示目标的真实位置。不失一般性，在仿真过程中所有的目标的散射强度均取1。

仿真内容

仿真1：仿真1主要对大区域稀疏目标进行定位。在监视区域内随机产生5个目标，当接收机和发射机转动半径均为30m，而信号频率为300MHz时。图4为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为30m而信号频率为300MHz时对随机目标的定位结果示意图。如图4所示，将发射机和接收机转动半径增加至50m，信号频率增加至500MHz。图5为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为500MHz时对随机目标的定位结果示意图。从图4和图5可以看出，本发明实施例对于稀疏目标的定位效果较好。与图4相比，图5的定位效果更佳，说明通过增加接收机和发射机转动半径和信号频率，可以提高定位精度。另外，比较5个目标的定位结果也可以看出，在β接近π/2rad时，定位效果比较好。

仿真2：图6为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为30m而信号频率为500MHz时对稠密信号的定位结果示意图，图7为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为500MHz时对稠密信号的定位结果示意图，图8为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为1GHz时对稠密信号的定位结果示意图，图9为本发明实施例提供的当接收机、发射机转动半径均为50m而信号频率为2GHz时对稠密信号的定位结果示意图。

仿真2对稠密目标进行定位。接收机和发射机转动半径均为30m、信号频率为500MHz如图6所示；接收机和发射机转动半径均为50m、信号频率为500MHz的仿真结果如图7所示；接收机和发射机转动半径均为50m、信号频率为1GHz的仿真结果如图8所示；接收机和发射机转动半径均为50m、信号频率为2GHz的仿真结果如图9所示。从仿真结果可以看出，相比于稀疏目标，稠密目标之间的相互干扰较为严重。随着接收机和发射机转动半径以及信号频率的增加，其定位精度也会相应提高。

综上所述，本发明提出了一种二维空间固定目标双基雷达定位系统，介绍了系统的工作原理以及信号处理方法，分析了发射机、随机目标和接收机之间几何关系对定位精度的影响。并且通过仿真发现，通过增加发射机、接收机转动半径和信号频率，可以有效提升定位精度。因此，在实际应用的过程中，应该通过调整发射机和接收机的位置，使观测区域位于β＝π/2rad左右，并适当提高发射机、接收机的转动半径或者信号频率，以取得良好的定位效果。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种地基双基雷达地面固定目标定位装置，由于该装置解决技术问题的原理一种地基双基雷达地面固定目标定位方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图10为本发明实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位装置结构示意图。如图10所示，本发明实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位装置，包括：第一确定单元11，第二确定单元12，第三确定单元13和第四确定单元14。

第一确定单元11，用于在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，所述发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；将所述接收中心点和所述发射中心点之间的连线方向确定为正方向；根据所述发射机和所述接收机在所述二维平面内的坐标位置，确定所述发射中心点和所述接收中心点之间的第一距离，所述发射中心点和所述二维平面内随机目标之间的发射距离，所述接收中心点和所述随机目标之间的接收距离，所述随机目标和所述接收中心点之间连线与所述正方向的接收夹角，所述随机目标和所述发射中心点之间连线与所述正方向的发射夹角；

第二确定单元12，用于当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式：

第三确定单元13，用于根据公式(2)，建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；

第四确定单元14，用于根据所述随机目标回波信号的离散采样式和与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，通过下列公式(3)，确定所述随机目标在时域内的定位模型；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，λ为发射机发射的信号波长，r_r为所述第二半径，(x_m,y_n)二维平面内随机目标在第n行第m列的坐标，σ_mn为(x_m,y_n)处的固定目标的散射系数，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N，r_t为所述第一半径，L为发射机转动中心和接收机转动中心之间距离，(x₀,y₀)为二维平面内所述随机目标的坐标，σ为所述随机目标的散射系数，2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长，α_t(k)和α_r(k)分别为α_t(t)和α_r(t)的采样形式，k＝1,2,…,K，α_t0为所述发射机和所述正方向的夹角，α_r0为接收机和所述正方向的夹角。

优选地，所述第二确定单元12具体用于：

通过下列公式，确定所述随机目标，所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程为：

当所述发射机的发射频率为f，发射波长为λ的信号，通过下列公式，确定单发单收通道的解调后的回波信号：

当所述随机目标在所述二维平面内的坐标为(x_m,y_n)时，通过下列公式，确定所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号的离散形式：

其中，R(t)为所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程，f(t)为单发单收通道的解调后的回波信号，f(m,n,t)为所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号，(L+r_tcosα_t,r_tsinα_t)为所述发射机在二维平面内的坐标，(r_rcosα_r,r_rsinα_r)为所述接收机在二维平面内的坐标。

优选地，所述第二确定单元12还用于：

当所述接收机和所述发射机在转动过程中的采样次数为K，通过下列公式，确定一个N×M×K的三维信号匹配矩阵：

其中，g(m,n,k)为三维信号匹配矩阵。

应当理解，以一种地基双基雷达地面固定目标定位装置包括的单元仅为根据该设备装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位装置所实现的功能与上述实施例提供的一种地基双基雷达地面固定目标定位方法一一对应，对于该装置所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种地基双基雷达地面固定目标定位方法，其特征在于，包括：

在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，所述发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，所述接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；将所述接收中心点和所述发射中心点之间的连线方向确定为正方向；根据所述发射机和所述接收机在所述二维平面内的坐标位置，确定所述发射中心点和所述接收中心点之间的第一距离，所述发射中心点和所述二维平面内随机目标之间的发射距离，所述接收中心点和所述随机目标之间的接收距离，所述随机目标和所述接收中心点之间连线与所述正方向的接收夹角，所述随机目标和所述发射中心点之间连线与所述正方向的发射夹角；

当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式；

根据公式(2)，建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；

根据所述随机目标回波信号的离散采样式和与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，通过下列公式(3)，确定所述随机目标在时域内的定位模型；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，λ为发射机发射的信号波长，r_r为所述第二半径，假设二维平面为矩形区域，将该区域均匀划分为N行M列，(x_m,y_n)二维平面内随机目标在第n行第m列的坐标，σ_mn为(x_m,y_n)处的固定目标的散射系数，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N，r_t为所述第一半径，L为发射机转动中心和接收机转动中心之间距离，(x₀,y₀)为二维平面内所述随机目标的坐标，σ为所述随机目标的散射系数，2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长，α_t(k)和α_r(k)分别为α_t(t)和α_r(t)的采样形式，k＝1,2,…,K，α_t0为所述发射机和所述正方向的夹角，α_r0为为接收机和所述正方向的夹角；

上述公式(3)中，当x_m＝x₀,y_n＝y₀时，G(m,n)出现峰值，在其他位置会有衰减，峰值的位置实现了对目标位置的重建；

由发射机转动中心、目标和接收机转动中心所构成的三角形中，假设目标所在的顶点的角度为β，当β越接近π/2rad，其定位效果越好。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式：包括：

通过下列公式，确定所述随机目标，所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程为：

当所述发射机的发射频率为f，发射波长为λ的信号，通过下列公式，确定单发单收通道的解调后的回波信号：

当所述随机目标在所述二维平面内的坐标为(x_m,y_n)时，通过下列公式，确定所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号：

其中，R(t)为所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜距历程，f(t)为单发单收通道的解调后的回波信号，f(m,n,t)为所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号，(L+r_tcosα_t,r_tsinα_t)为所述发射机在二维平面内的坐标，(r_rcosα_r,r_rsinα_r)为所述接收机在二维平面内的坐标。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵之前，还包括：

当所述接收机和所述发射机在转动过程中的采样次数为K，通过下列公式，确定一个N×M×K的三维信号匹配矩阵：

其中，g(m,n,k)为三维信号匹配矩阵。

4.一种地基双基雷达地面固定目标定位装置，其特征在于，包括：

第一确定单元，用于在二维平面内设置发射机和接收机的坐标位置，所述发射机以第一半径围绕发射中心点做匀速圆周运动，接收机以第二半径围绕接收中心点做匀速圆周运动；将所述接收中心点和所述发射中心点之间的连线方向确定为正方向；根据所述发射机和所述接收机在所述二维平面内的坐标位置，确定所述发射中心点和所述接收中心点之间的第一距离，所述发射中心点和所述二维平面内随机目标之间的发射距离，所述接收中心点和所述随机目标之间的接收距离，所述随机目标和所述接收中心点之间连线与所述正方向的接收夹角，所述随机目标和所述发射中心点之间连线与所述正方向的发射夹角；

第二确定单元，用于当所述接收机和所述发射机在转动时，对所述随机目标的回波信号进行离散化采样，通过公式(1)确定所述随机目标回波信号的离散采样式：

第三确定单元，用于根据公式(2)，建立与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵；第四确定单元，用于根据所述随机目标回波信号的离散采样式和与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，通过下列公式(3)，确定所述随机目标在时域内的定位模型；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

其中，f(m,n,k)为所述随机目标回波信号的离散采样式，l(m,n,k)为与所述随机目标回波信号的离散采样式具有相同尺寸且匹配的回波信号矩阵，G(m,n)为随机目标在时域内的定位模型，λ为发射机发射的信号波长，r_r为所述第二半径，假设二维平面为矩形区域，将该区域均匀划分为N行M列，(x_m,y_n)二维平面内随机目标在第n行第m列的坐标，σ_mn为(x_m,y_n)处的固定目标的散射系数，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N，r_t为所述第一半径，L为发射机转动中心和接收机转动中心之间距离，(x₀,y₀)为二维平面内所述随机目标的坐标，σ为所述随机目标的散射系数，2π/P和2π/Q分别是α_t(k)和α_r(k)的采样步长，α_t(k)和α_r(k)分别为α_t(t)和α_r(t)的采样形式，k＝1,2,…,K，α_t0为所述发射机和所述正方向的夹角，α_r0为为接收机和所述正方向的夹角；

上述公式(3)中，当x_m＝x₀,y_n＝y₀时，G(m,n)出现峰值，在其他位置会有衰减，峰值的位置实现了对目标位置的重建；

由发射机转动中心、目标和接收机转动中心所构成的三角形中，假设目标所在的顶点的角度为β，当β越接近π/2rad，其定位效果越好。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元具体用于：

通过下列公式，确定所述随机目标，所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程为：

当所述发射机的发射频率为f，发射波长为λ的信号，通过下列公式，确定单发单收通道的解调后的回波信号：

当所述随机目标在所述二维平面内的坐标为(x_m,y_n)时，通过下列公式，确定所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号：

其中，R(t)为所述发射机和所述接收机在单发单收通道的斜矩历程，f(t)为单发单收通道的解调后的回波信号，f(m,n,t)为所述随机目标在所述单发单收通道的回波信号，(L+r_tcosα_t,r_tsinα_t)为所述发射机在二维平面内的坐标，(r_rcosα_r,r_rsinα_r)为所述接收机在二维平面内的坐标。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元还用于：

当所述接收机和所述发射机在转动过程中的采样次数为K，通过下列公式，确定一个N×M×K的三维信号匹配矩阵：

其中，g(m,n,k)为三维信号匹配矩阵。