CN108535686B - 一种截断宽带线性调频信号的时差定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种截断宽带线性调频信号的时差定位方法，本发明能够较好地解决宽带线性调频信号因信道化引起的宽带信号截断后到达时间差存在偏差而难以匹配定位的问题。本发明主要基于宽带线性调频信号的主要特征以及运动目标轨迹对应时间差的收敛一致性设计了具体的实现框架，实现了全脉冲数据预处理、目标盲定位(频域、时域分别聚类)以及目标关联、跟踪、滤波等一系列处理。本发明对于宽带线性调频信号在难以完整截获、全脉冲数据到达时间发生偏移时仍具备较好的定位效果。

Description

一种截断宽带线性调频信号的时差定位方法
技术领域
本技术发明属于被动侦察领域。
背景技术
时差定位是利用同一辐射源信号到达分布多站的时间差形成双曲线(面)进行定位的一种无源定位技术。长基线时差定位由于其定位精度高、定位算法简单，在工程实现中得到广泛的应用。但是其对各站间的时间同步以及目标辐射源到达时间的精度要求较高。
在实际应用中，由于电磁环境日益复杂，雷达工作体制日趋多样化，复杂雷达信号频率参数、重复周期参数、脉宽参数等都会发生变化。现有的定位机制难以囊括所有的复杂信号类型，如线性变化或伪随机变化的雷达信号，进而造成了复杂雷达信号的定位跟踪能力弱的现状。
为实现对雷达辐射源信号的高灵敏侦收，往往采用信道化接收方式，宽带线性调频信号是一种常见的雷达信号，其脉冲信号难以被多信道拼接处理的系统完整截获，进而引入了该类型信号特征描述不稳定、脉宽截断、到达时间偏移等额外问题。通道切割使得宽带信号不具备完整性，其测频信息存在偏差。
目前时差估计与定位理论已经比较成熟，现有的长基线时差定位算法主要有两大类1：)广义互相关方法(GCC)：在传统的平稳高斯信号模型假设下，由通道输出信号间的二阶互相关统计对到达时间的相对时差进行最大似然估计；2)几何定位方法：属于反罗兰定位，利用辐射源与观测站之间的几何位置关系直接计算目标的位置。除此之外，还可利用多余观测站的测量信息，实时估测辐射源的运动状态噪声于观测噪声统计特性并根据测量误差统计特性优化求解。
对于简单信号，上述方法可以取得较好的时差定位效果，但在不同程度上具有定位时间长、不保证定位收敛、滤波饱和、计算复杂运算量大等问题，且对截断宽带线性调频信号的定位能力较弱，全脉冲数据利用率较低。
发明内容
本发明主要为截断宽带线性调频信号时差定位技术，通过对待定位目标进行全脉冲数据预处理、目标序列搜索、频域聚类、时间差聚类、定位解模糊关键算法，有效解决截断宽带线性调频信号时间差难以成功匹配的问题，且利用目标运动轨迹对应时间差的收敛一致性剔除定位过程产生的模糊解。
本发明采用的技术方案为：将截断宽带线性调频信号的全脉冲数据的频率中心值转化为起始值，使其与到达时间相对应；选定基准频率，进行二次映射，再次计算脉冲到达时间，并将带宽范围内的所有全脉冲数据都用于时间差计算；对各站所有的全脉冲进行频域聚类，各站根据辐射源目标信息从频域聚类的结果中完成目标序列搜索，在三站各自的缓存中提取隶属于同一目标的全脉冲序列；根据长基线系统布站限定的时间窗，计算所有符合条件的时间差；对时间差进行时域聚类剔除无效的模糊解；将时域聚类的最终结果进行定位生成目标点迹信息；对点迹结果进行关联、跟踪、滤波，最终生成目标航迹信息。
本发明与现有的技术方法相比，可以有效的实现截断宽带线性调频信号的时差定位且航迹较为稳定连续，且计算复杂度较低。
附图说明
图1本发明流程图。
图2截断宽带线性调频信号预处理示意图。
图3截断宽带线性调频信号时域频域聚类示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行举例说明。
本发明流程图参见图1，具体实施方式如下：
1、预处理：如图2所示，截断宽带线性调频信号的预处理需要经过两次映射。在已知调频斜率k的情况下，将全脉冲中心频率转换成脉冲起始频率
Figure BDA0001589129500000021
选取基准频率fstd后，将起始频率对应的脉冲到达时间转换成基准频率对应的脉冲到达时间
Figure BDA0001589129500000022
三站分别对截断宽带线性调频信号进行频域与时域的转换，对全脉冲数据进行预处理。
2、频域聚类：以1M为频率格子将截断宽带线性调频信号带宽范围内的所有全脉冲数据进行频域聚类。从频域筛选出隶属于同一个定位目标且不同相似度等级的全脉冲数据。
3、时间差计算：参照频域相似度等级对已经挑选出的全脉冲数据进行排序，以长基线时差定位系统布站时限定的时间窗大小为阈值，利用各站挑选出的全脉冲数据的脉冲到达时间计算不同相似度等级下的有效时间差。
4、时域聚类：在时域上将隶属于不同相似度等级的所有有效的时间差进行二次聚类。雷达信号特征的相似性可用于抵消全脉冲到达时间的误差。由于虚假时间差具有发散性，因此累积一段时间后，时域聚类各结果出现的强度代表当前定位点迹的置信度，剔除置信度较低的虚假解。
5、目标点迹通过关联、跟踪、滤波等方法进行挑选和修正，最终生成目标航迹信息。

Claims (2)

1.一种截断宽带线性调频信号的时差定位方法，其特征为：对因信道化引起的截断宽带线性调频信号的全脉冲数据进行预处理，将截断宽带线性调频信号的全脉冲数据的频率中心值转化为起始值，使其与到达时间相对应；选定基准频率，在已知调频斜率的情况下，将实际测量的全脉冲起始频率对应的脉冲到达时间转换成基准频率对应的脉冲到达时间；然后将带宽范围内的所有全脉冲数据在频域划分相似度等级，计算不同等级下的有效到达时间差，用于截断宽带线性调频信号的时差定位。
2.一种根据权利要求1所述的截断宽带线性调频信号的时差定位方法，其特征为：在时域上将隶属于不同频域相似度等级的所有有效的时间差进行二次聚类；根据目标正确运动轨迹对应时间差的收敛一致性，统计一段时间范围内各时间差出现的强度进行时域积累，剔除发散时间差，将出现强度计入权重，取强度较高且稳定一致收敛的时间差用于截断宽带线性调频信号的时差定位。
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