CN108562892B - 一种无人机载无源双基地雷达装置及目标定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机载无源双基地雷达装置及基于该装置的目标定位方法，该装置包括：接收天线、接收机和数据采集与处理器，接收天线包括一个接收通道，用于接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号，并将这两路射频信号发送到接收机；接收机用于对这两路射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号，并将这两路中频信号发送到数据采集与处理器；数据采集与处理器用于根据这两路中频信号，对目标进行定位。该装置不发射只接收，轻便、灵敏度高，很适合装载在无人机上。

Description

一种无人机载无源双基地雷达装置及目标定位方法

技术领域

本发明涉及无源雷达技术领域，具体涉及一种无人机载无源双基地雷达装置及目标定位方法。

背景技术

新一代大型遥控无人机与基于外辐射源的无源双多基地预警雷达结合，可能满足未来低费用预警机系统的方案。无人预警系统的研制费用与同等功能的有人驾驶侦察飞机相比要降低10倍以上，而无人机的使用维护费用与有人机相比更是微不足道。美国空军已装备的全球鹰高长航时无人侦察机以及美国海军正在研发的“海上远程监视”(BAMS，BroadArea Surveillance Marine)系统，都是以实现SAR功能为主的无人机。从世界范围来看，目前还没有执行对空预警任务为主的无人机形成装备。

无人预警机的双多基地雷达由于其发射机和接收机分置在间隔很大的两个平台上，又由于上述技术特点，所以在无人预警机系统上应用时具备下列优点：

1)可提高预警机系统的生存能力。成为预警机系统由于其重大军事效能与高价值总是敌方打击的重点对象。预警机雷达发射出巨大功率又成为敌方侦察定位和辐射寻的重点打击对象。应用机载双基地体制雷达系统，可使有发射机的载机在远离敌方阵地的安全区域内飞行，而带接收系统的载机有可能采用隐身措施来对付敌方探测手段，它可飞向邻近敌方区域。此时敌方上空的探测距离仍保持较大。

2)可对抗敌方的定向电子干扰和欺骗干扰。干扰设备的侦察系统不能测出接收机所在方向，所以不能实施定向的聚束干扰。同样由于敌方不知接收机的位置，所以难以选择合适的参数来针对接收机实施距离和距离变化率组合欺骗干扰。

3)可提高对敌方隐身目标的可探测性。由于隐身目标是按单基地雷达前视情况来设计外形的，用双基地雷达观测时，特别是双基地角较大时，这种目标的RCS将增大。

无人机平台+无源双基地雷达的技术优势：无源双基地雷达系统具有成本低，易冷却，重量轻等优势，而且与传统的有源雷达系统相比，其功耗低。这些特性使之易于安装在无人机平台上，特别适合于下一代低可观测无人机。无人机自身平台采用隐身设计的同时配备具有低可截获概率的空空和空地/海感知能力的探测手段。适合无人机、高空平台、轻型飞机等，为其提供空空和空地探测的低可截获特性。然而，现有技术中，还没有出现与无人机结合使用的无源双基地雷达装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种无人机载无源双基地雷达装置及目标定位方法。

第一方面，本发明提供一种无人机载无源双基地雷达装置，所述装置包括：

接收天线、接收机和数据采集与处理器，所述接收天线包括一个接收通道，用于接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号，并将所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号发送到所述接收机；所述接收机用于对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号，并将所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号发送到所述数据采集与处理器；所述数据采集与处理器用于根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位；

其中，所述接收天线与所述接收机通过电缆连接，所述接收机与所述数据采集与处理器通过电缆连接。

第二方面，本发明提供一种目标定位方法，所述方法包括：

接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号；

对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号；

根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位。

本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置及目标定位方法，以非合作雷达辐射源发射的直达波射频信号为参考，检测分析目标回波射频信号，可以实现对目标的定位和跟踪。该装置不发射只接收，具有成本低、轻便、灵敏度高、功耗小的优点，很适合于装载在无人机上，特别适合于下一代无人机或隐身战斗机。

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是本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置组成框图；

图3是本发明实施例提供的无人机载小型数据采集与处理器和记录仪的原理框图；

图4是本发明实施例提供的目标定位方法流程图；

图5是本发明实施例提供的基于无人机载无源双基地雷达系统的典型应用环境示意图；

图6是本发明实施例提供的双基地平面模型几何关系示意图；

图7是本发明实施例提供的PCL目标信号处理算法流程图；

图8是本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达系统目标定位方法框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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是本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置的结构示意图，如图1所示，所述装置包括：接收天线10、接收机11和数据采集与处理器12，所述接收天线10包括一个接收通道，用于接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号，并将所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号发送到所述接收机11；所述接收机11用于对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号，并将所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号发送到所述数据采集与处理器12；所述数据采集与处理器12用于根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位；

其中，所述接收天线10与所述接收机11通过电缆连接，所述接收机11与所述数据采集与处理器12通过电缆连接。

由于无人机上的安装空间很有限，从小型化方面考虑，接收天线10可以采用宽波束泛光照射。接收天线10可以接收来自岸基/舰载/预警机雷达等非合作雷达辐射源的直达波信号，可以将该信号记为直达波射频参考信号。接收天线10还可以接收来自待探测的目标的射频信号，可以将该射频信号记为目标回波射频信号。接收天线10包括一个接收通道，该接收通道可以接收直达波射频参考信号，也可以接收目标回波射频信号。

接收天线10与接收机11之间可以通过电缆连接，比如可以通过同轴电缆进行连接，直达波射频参考信号和目标回波射频信号可以通过电缆从接收天线10发送到接收机11。

接收机11可以对接收到的直达波射频参考信号和目标回波射频信号进行处理，具体地，接收机11可以对直达波射频参考信号和目标回波射频信号进行二次变频处理、放大处理和滤波处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号，接收机11还可以产生一路参考时钟信号，用于频率同步和时间同步。然后接收机11可以将直达波中频参考信号和目标回波中频信号发送到数据采集与处理器12。

接收机11与数据采集与处理器12之间可以通过电缆连接，比如可以通过同轴电缆进行连接，参考时钟信号、直达波中频参考信号和目标回波中频信号可以通过电缆从接收机11发送到数据采集与处理器12。

数据采集与处理器12可以根据接收到的直达波中频参考信号和目标回波中频信号，计算待探测目标到接收机11的方位角、距离和速度，从而完成目标定位。

本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置，以非合作雷达辐射源发射的直达波射频信号为参考，检测分析目标回波射频信号，可以实现对目标的定位和跟踪，该装置不发射只接收，具有成本低、轻便、灵敏度高、功耗小的优点，很适合于装载在无人机上，特别适合于下一代无人机或隐身战斗机。

可选地，在上述实施例的基础上，所述数据采集与处理器具体用于：

对所述直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起；

根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有的非合作雷达中筛选出一个作为最优非合作雷达，将所述最优非合作雷达对应的直达波中频参考信号记为第一直达波中频参考信号；

根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位。

具体地，接收天线可以接收来自于不同的非合作雷达的直达波射频参考信号。接收集机将来自于不同非合作雷达的直达波射频参考信号转化成直达波中频参考信号，并将其发送到数据采集与处理器之后，数据采集与处理器可以首先对接收到的直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起。

现代海战中的电磁信号的密度在瞬间可能达到每秒几百万个脉冲，因此不愁没有可利用的电磁信号，但是作战环境中信号数量增加和信号样式的多样化导致处理量的增加，拟采用同步多通道高灵敏度、大动态范围接收机技术，以及大容量、多通道快速并行的信号处理技术来对所有接收信号进行筛选、识别及利用。同时针对实测信号而言，交叠情况比较严重，噪声信号对信号分选也会产生不利的影响，脉冲抖动及TOA测量的误差增大了PRI容限设置的难度，为了解决脉冲交叠时扩展关联法的容限设置问题，在现有算法的基础上，采用基于脉间特征的扩展关联法来进行信号分选。

分选出每一个非合作雷达对应的脉冲信号之后，数据采集与处理器可以根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有非合作雷达中筛选出一个位置和信号最优的非合作雷达，作为最优非合作雷达，将最优非合作雷达对应的直达波中频参考信号记为第一直达波中频参考信号。

具体地，最优非合作雷达的选择与所选信号的功率大小、瞬时带宽及位置有很大关系。选择辐射源信号时，一般希望被选择的频道信号具有较优越的模糊函数形状，由于商用或军用雷达一般都是为了探测与跟踪目标而专门设计的，因此相对一些民用机会照射源往往具有更为理想的模糊函数形状，可以选取商用或军用雷达作为最优非合作雷达。

在选择辐射源位置时，为了目标的可观测性，要求待探测目标远离基线区，以保证获得所需的定位精度。此外，考虑到技术实现的难易程度，通常可以选用扫描方式简单(如机械圆周扫描)、频率固定、脉冲重复率(以下简称为PRF)固定的雷达辐射源，作为最优非合作雷达。而扫描方式复杂(如电子扫描)、频率捷变、PRF参差的雷达辐射源将大大增加系统的复杂度。

筛选出最优非合作雷达之后，数据采集与处理器可以根据最优非合作雷达对应的第一直达波中频参考信号和目标回波中频信号，对待探测目标进行定位。

本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置，通过数据采集与处理器对直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起，根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有的非合作雷达中筛选出一个作为最优非合作雷达，根据最优非合作雷达对应的第一直达波中频参考信号和目标回波中频信号，对待探测目标进行定位，这使得所述装置更加科学。

图5是本发明实施例提供的基于无人机载无源双基地雷达系统的典型应用环境示意图，图6是本发明实施例提供的双基地平面模型几何关系示意图，图7是本发明实施例提供的PCL目标信号处理算法流程图，图8是本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达系统目标定位方法框图。

可选地，在上述实施例的基础上，所述根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位，包括：

对所述第一直达波中频参考信号、所述目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析，建立双基地几何关系；

获取发射站目标方位角、目标双基地距离以及多普勒频移参数；

根据所述双基地几何关系、所述发射站目标方位角、所述目标双基地距离差以及所述多普勒频移参数，得到所述待探测目标到接收机的方位角、距离和速度，对所述待探测目标进行定位。

具体地，上述实施例中所述的数据采集与处理器可以对第一直达波中频参考信号、目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析进行功率分析，建立双基地几何关系。

基于无人机载无源双基地雷达系统的典型应用环境如图5所示，数据采集与处理器可以构建如图6所示的双基地平面模型，并分析该双基地结构约束下的基本几何关系与信号能量关系，通过仿真计算可以估算不同旁瓣增益下直达波信号的功率与双基地基线距离的关系以及典型工作参数下的目标回波功率。

然后，数据采集与处理器可以通过无源相干定位(以下简称：PCL)目标信号处理算法获得目标双基地距离(或延迟时间)和多普勒频移参数。如图7所示，PCL处理算法可以包括：参考信号恢复、直达波和杂波抑制、互相关处理以及参数估计等几个主要部分，PCL目标信号处理算法流程。算法处理流程分两个支路进行处理，在直达波参考信号支路中，采用“恒模盲均衡算法”对直达波参考信号进行恢复，在目标检测信号支路中，首先采用“自适应干扰对消算法”将受直达波干扰的目标回波与经过均衡后的直达波参考信号进行自适应对消，然后再利用参考信号对回波信号进行匹配滤波或相关处理，采用“互相关-FFT算法”来快速得到目标的双基地距离和多普勒频移参数。

非合作照射条件下，由于机载接收平台的运动，平台之间的位置在不断变化，相当于双基地雷达中发射站和接收站的相对位置是不断改变的，此时如何选择一种有效的定位体制，使得目标能够获得快速、准确的定位是关键问题，并且定位的体制也将直接影响到系统的体系结构。

针对无人机载移动接收平台情况，接收站采用简单的全向天线。针对圆周扫描雷达辐射源，可采用一个全向天线和一个结构简单的接收通道处理来自非合作发射站的直达波和目标散射信号。其中，发射站目标方位角可通过测量辐射源主波束扫过接收机和目标的时间间隔和辐射源圆周机械扫描一周的总时间来计算，目标的双基地距离和频移可通过PCL目标信号处理来计算。

如图8所示，数据采集与处理器可以根据发射站目标方位角、目标的双基地距离和多普勒频移参数，通过双基地几何关系，求解出目标到接收站的方位角、距离和速度，从而确定目标相对于接收机的位置。

本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置，通过数据采集与处理器对第一直达波中频参考信号、目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析，建立双基地几何关系，获取发射站目标方位角、目标双基地距离以及多普勒频移参数，根据双基地几何关系、发射站目标方位角、目标双基地距离差以及多普勒频移参数，得到待探测目标到接收机的方位角、距离和速度，对待探测目标进行定位，这使得所述装置更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述接收天线为杆状全向天线。

具体地，上述实施例中所述的接收天线可以接收来自非合作雷达辐射源发射的直达波射频参考信号和来自待探测目标的目标回波射频信号。

接收天线可以采用两种天线形式：(1)杆状全向天线的增益：9～14dB，全向天线(垂直波束宽度10°左右)；(2)板状天线的增益：14dB，水平面波束宽度120°，垂直面：10°，前后比：25dB。

在实际使用时，接收天线可以采用单天线，直达波射频参考信号和目标回波射频信号共用一个接收天线，接收天线可以选用小型的杆状全向天线。

可选地，在上述实施例的基础上，所述接收机包括：

本机振荡器、高频低噪声放大器、混频器、滤波器、中频放大器、功分器、衰减器和放大器，所述本机振荡器、所述高频低噪声放大器、所述混频器、所述滤波器、所述中频放大器、所述功分器、所述衰减器和所述放大器之间分别电连接；其中，用于接收所述直达波射频参考信号的通道和用于接收所述目标回波射频信号的通道共用所述本机振荡器、所述高频低噪声放大器、所述混频器、所述滤波器和所述中频放大器，所述衰减器用于调节增益和增益动态范围。

具体地，上述实施例中所述的接收机可以包括：本机振荡器、高频低噪声放大器、混频器、滤波器、中频放大器、功分器、衰减器和放大器。本机振荡器、高频低噪声放大器、混频器、滤波器、中频放大器、功分器、衰减器和放大器之间分别电连接。

直达波射频参考信号和目标回波射频信号，可以先经过接收机的高频低噪声放大器、混频器、滤波器和中频放大器进行滤波、放大和变频之后，再经过功分器、衰减器、放大器分成所需幅度的两路中频信号，一路为直达波中参考信号，输出另一路为目标回波中频信号，同时还输出一路参考时钟。

接收机主要技术指标包括：接收信号频率：1200MHz～1400MHz，1MHz步进，频率受控；接收信号带宽：10MHz；接收信号幅度：－110dBm～－20dBm；输出中频幅度：－40dBm～0dBm(精度±1dB)；噪声系数：NF≤3dB；输出中频频率：140MHz(固定中频)；输出中频带宽：10MHz；输出中频相位噪声：(在输入－50dBm下测试)≤－80dBc/Hz@1kHz；≤－85dBc/Hz@10kHz；≤－95dBc/Hz@100kHz；≤－110dBc/Hz@1MHz。

在设计上，接收机重点考虑了小型化、低功耗、高灵敏度等问题。从小型化、低功耗方面考虑，将原本需要直达波射频参考信号和目标回波射频信号两个单独接收通道的接收机进行了通道整合，两个通道共用接收机的本机振荡器、高频低噪声放大器、混频器、滤波器和中频放大器等模块，只是在最后输出时通过功分器、衰减器和放大器将直达波射频参考信号和目标回波射频信号两个信号分离，简化了接收机设计，节约了模块数量。

此外，本机振荡器、高频低噪声放大器、混频器、滤波器、中频放大器、功分器、衰减器和放大器的选取全部选择低功耗器件，高频布局布线设计也尽量紧凑和简洁，整个接收机可以封装在一个只有手掌大小的屏蔽盒(120mm*100mm*30mm)内。

从高灵敏度设计方面考虑，接收机要想同时输出满足幅度要求的直达波射频参考信号和目标回波射频信号，必须有足够大的增益动态范围，既要对大幅度的直达波射频参考信号接收不能饱和，又要对微弱的目标回波射频信号要求足够高的接收灵敏度。接收机的接收信道的指标分配和计算如下：接收链路的小信号增益要求为110-40＝70dB，实际设计增益为80dB，根据实际需要增加温补衰减器或调试温补衰减器的衰减位置，实现所需的增益要求。接收机的接收信道可以采用低噪声放大电路，实现信号幅度-110dBm～-20dBm的要求；接收机的接收信道输入动态为90dB，输出动态需要40dB，接收机的下变频信道通过两级数控衰减器控制，可实现50dB动态控制，最终实现动态控制50dB的要求，最终实现小信号-110dBm输入，输出-40dBm要求，大信号-20dBm输入，输出0dBm的要求。

本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置，通过对接收机中的接收直达波射频参考信号的通道和用于接收目标回波射频信号的通道进行整合，减少了接收机中的模块数量，在接收机中增加衰减器调节增益和增益动态范围，使得所述装置具有小型化、高灵敏度的优点，更加适合于安装在无人机上，实现对目标的定位。

图2是本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置组成框图，图3是本发明实施例提供的无人机载小型数据采集与处理器和记录仪的原理框图。

如图2所示，可选地，在上述实施例的基础上，所述装置包括：接收天线、接收机、数据采集与处理器和记录仪。所述记录仪与所述数据采集与处理器通过信号线连接，用于接收所述数据采集与处理器发送过来的目标定位数据，并将所述目标定位数据进行保存，以供后续使用。

本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置可以包括：接收天线、接收机、数据采集与处理器和记录仪。其中，所述接收天线、所述接收机和所述数据采集与处理器，已在上述实施例中国详细描述，此处不再赘述。

记录仪与数据采集与处理器之间可以通过信号线连接，记录仪可以接收数据采集与处理器发送过来的目标定位数据，并将所述目标定位数据进行保存。

无人机载小型数据采集与处理器可以选用XILINX公司推出的Artix-7系列FPGAXC7A200T及TI多核DSP TMS320C6678，数据采集与处理器的电路板上DDR3存储容量可达2GB，可实现1280GMACs定点处理能力和640GFLOPs浮点处理能力，可实现对70MHz～6GHz宽带信号的接收、实时处理、传输等功能。

记录仪可以选用基于Spansion公司与Micron公司的flash芯片，可提供1TB容量的存储空间，采用高速数据接口SRIO实时存储外部传来的数据，将数据上传到上位机并形成文件，可以为雷达、电子干扰、无人机等高速实时信号存储提供可靠保障。

如图3所示，高灵敏度轻型无源接收机可以输出一路直达波中频参考信号、一路目标回波中频信号和一路参考时钟信号。直达波中频参考信号和目标回波中频信号分别送往无人机载小型数据采集与处理器中的2个ADC芯片进行模数转换，参考时钟信号用于作为ADC芯片采集的采样参考时钟，采集数据送往FPGA芯片(XC7A200T)实现双通道数据的连续采集和缓存，或者送往DSP芯片(TMS320C6678)完成对无人机载无源双基地雷达回波的PCL信号处理，以获得目标的双基地距离和多普勒频移，并通过双基地几何关系求解出目标到接收机的方位角、距离和速度，从而完成目标定位。

本发明实施例提供的无人机载无源双基地雷达装置中，记录仪与数据采集与处理器通过信号线连接，用于接收数据采集与处理器发送过来的目标定位数据，并将目标定位数据进行保存，以供后续使用，可以使得所述装置更加科学。

图4是本发明实施例提供的目标定位方法流程图，如图4所示，本发明实施例提供的目标定位方法包括：

步骤40、接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号；

步骤41、对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号；

步骤42、根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位。

本发明实施例提供的目标定位方法是基于上述装置实施例中所述的无人机载无源双基地雷达装置来实现的。

首先无人机载无源双基地雷达装置可以接收最优非合作雷达发射的直达波信号，可以将该直达波信号记为直达波射频参考信号，该雷达装置还可以接收待探测目标发射的目标回波射频信号。

然后，该雷达装置可以对接收到的直达波射频参考信号和目标回波射频信号进行处理，具体地，可以对直达波射频参考信号和目标回波射频信号进行二次变频处理、放大处理和滤波处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号。

最后，该雷达装置可以根据得到的直达波中频参考信号和目标回波中频信号，计算出待探测目标到该雷达装置的方位角、距离和速度，从而完成目标定位。

本发明实施例提供的目标定位方法，通过接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号，对直达波射频参考信号和目标回波射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号，根据直达波中频参考信号和目标回波中频信号，可以实现对目标进行定位。

可选地，在上述实施例的基础上，所述根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位，包括：

对所述直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起；

根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有的非合作雷达中筛选出一个作为最优非合作雷达，将所述最优非合作雷达对应的直达波中频参考信号记为第一直达波中频参考信号；

根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位。

具体地，上述实施例中所述的根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位，具体过程如下。

将来自于不同非合作雷达的直达波射频参考信号转化成直达波中频参考信号后，可以首先对直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起。

现代海战中的电磁信号的密度在瞬间可能达到每秒几百万个脉冲，因此不愁没有可利用的电磁信号，但是作战环境中信号数量增加和信号样式的多样化导致处理量的增加，拟采用同步多通道高灵敏度、大动态范围接收机技术，以及大容量、多通道快速并行的信号处理技术来对所有接收信号进行筛选、识别及利用。同时针对实测信号而言，交叠情况比较严重，噪声信号对信号分选也会产生不利的影响，脉冲抖动及TOA测量的误差增大了PRI容限设置的难度，为了解决脉冲交叠时扩展关联法的容限设置问题，在现有算法的基础上，采用基于脉间特征的扩展关联法来进行信号分选。

分选出每一个非合作雷达对应的脉冲信号之后，可以根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有非合作雷达中帅选出一个位置和信号最优的非合作雷达，作为最优非合作雷达，将最优非合作雷达对应的直达波中频参考信号记为第一直达波中频参考信号。

具体地，最优非合作雷达的选择与所选信号的功率大小、瞬时带宽及位置有很大关系。选择辐射源信号时，一般希望被选择的频道信号具有较优越的模糊函数形状，由于商用或军用雷达一般都是为了探测与跟踪目标而专门设计的，因此相对一些民用机会照射源往往具有更为理想的模糊函数形状，可以选取商用或军用雷达作为最优非合作雷达。

在选择辐射源位置时，为了目标的可观测性，要求待探测目标远离基线区，以保证获得所需的定位精度。此外，考虑到技术实现的难易程度，通常可以选用扫描方式简单(如机械圆周扫描)、频率固定、脉冲重复率(以下简称为PRF)固定的雷达辐射源，作为最优非合作雷达。而扫描方式复杂(如电子扫描)、频率捷变、PRF参差的雷达辐射源将大大增加系统的复杂度。

筛选出最优非合作雷达之后，可以根据最优非合作雷达对应的第一直达波中频参考信号和目标回波中频信号，对待探测目标进行定位。

本发明实施例提供的目标定位方法，通过对直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起，根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有的非合作雷达中筛选出一个作为最优非合作雷达，将最优非合作雷达对应的直达波中频参考信号记为第一直达波中频参考信号，根据第一直达波中频参考信号和目标回波中频信号，对待探测目标进行定位，这使得所述方法更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位，包括：

对所述第一直达波中频参考信号、所述目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析，建立双基地几何关系；

获取发射站目标方位角、目标双基地距离以及多普勒频移参数；

根据所述双基地几何关系、所述发射站目标方位角、所述目标双基地距离差以及所述多普勒频移参数，得到所述待探测目标到接收机的方位角、距离和速度，对所述待探测目标进行定位。

具体地，上述实施例中所述的根据第一直达波中频参考信号和目标回波中频信号，对待探测目标进行定位，具体方法如下。

首先，对第一直达波中频参考信号、目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析进行功率分析，建立双基地几何关系。

基于无人机载无源双基地雷达系统的典型应用环境如图5所示，数据采集与处理器可以构建如图6所示的双基地平面模型，并分析该双基地结构约束下的基本几何关系与信号能量关系，通过仿真计算可以估算不同旁瓣增益下直达波信号的功率与双基地基线距离的关系以及典型工作参数下的目标回波功率。

然后，通过无源相干定位(以下简称：PCL)目标信号处理算法获得目标双基地距离(或延迟时间)和多普勒频移参数。如图7所示，PCL处理算法可以包括：参考信号恢复、直达波和杂波抑制、互相关处理以及参数估计等几个主要部分，PCL目标信号处理算法流程。算法处理流程分两个支路进行处理，在直达波参考信号支路中，采用“恒模盲均衡算法”对直达波参考信号进行恢复，在目标检测信号支路中，首先采用“自适应干扰对消算法”将受直达波干扰的目标回波与经过均衡后的直达波参考信号进行自适应对消，然后再利用参考信号对回波信号进行匹配滤波或相关处理，采用“互相关-FFT算法”来快速得到目标的双基地距离和多普勒频移参数。

非合作照射条件下，由于机载接收平台的运动，平台之间的位置在不断变化，相当于双基地雷达中发射站和接收站的相对位置是不断改变的，此时如何选择一种有效的定位体制，使得目标能够获得快速、准确的定位是关键问题，并且定位的体制也将直接影响到系统的体系结构。

针对无人机载移动接收平台情况，接收站采用简单的全向天线。针对圆周扫描雷达辐射源，可采用一个全向天线和一个结构简单的接收通道处理来自非合作发射站的直达波和目标散射信号。其中，发射站目标方位角可通过测量辐射源主波束扫过接收机和目标的时间间隔和辐射源圆周机械扫描一周的总时间来计算，目标的双基地距离和频移可通过PCL目标信号处理来计算。

如图8所示，可以根据发射站目标方位角、目标的双基地距离和多普勒频移参数，通过双基地几何关系，求解出目标到接收站的方位角、距离和速度，从而确定目标相对于接收机的位置。

本发明实施例提供的目标定位方法，通过对第一直达波中频参考信号、目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析，建立双基地几何关系，获取发射站目标方位角、目标双基地距离以及多普勒频移参数，根据双基地几何关系、发射站目标方位角、目标双基地距离差以及多普勒频移参数，得到待探测目标到接收机的方位角、距离和速度，对待探测目标进行定位，使得所述方法更加科学。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种无人机载无源双基地雷达装置，其特征在于，包括：接收天线、接收机和数据采集与处理器，所述接收天线包括一个接收通道，用于接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号，并将所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号发送到所述接收机；

所述接收机包括：

本机振荡器、高频低噪声放大器、混频器、滤波器、中频放大器、功分器、衰减器和放大器，所述本机振荡器与所述混频器电连接，所述高频低噪声放大器与混频器电连接，所述混频器与所述滤波器电连接，所述滤波器与所述中频放大器电连接，所述中频放大器与所述滤波器电连接，所述滤波器与所述功分器电连接，所述功分器与所述衰减器电连接，所述衰减器与所述放大器电连接；

其中，用于接收所述直达波射频参考信号的通道和用于接收所述目标回波射频信号的通道共用所述本机振荡器、所述高频低噪声放大器、所述混频器、所述滤波器和所述中频放大器，所述衰减器用于调节增益和增益动态范围；

所述接收机用于对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号，并将所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号发送到所述数据采集与处理器；所述数据采集与处理器用于根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位；

其中，所述接收天线与所述接收机通过电缆连接，所述接收机与所述数据采集与处理器通过电缆连接；

所述无人机载无源双基地雷达装置不发射只接收。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收机具体用于：

对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行二次变频处理、放大处理和滤波处理。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集与处理器具体用于：

对所述直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起；

根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有的非合作雷达中筛选出一个作为最优非合作雷达，将所述最优非合作雷达对应的直达波中频参考信号记为第一直达波中频参考信号；

根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位，包括：

对所述第一直达波中频参考信号、所述目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析，建立双基地几何关系；

获取发射站目标方位角、目标双基地距离以及多普勒频移参数；

根据所述双基地几何关系、所述发射站目标方位角、所述目标双基地距离差以及所述多普勒频移参数，得到所述待探测目标到接收机的方位角、距离和速度，对所述待探测目标进行定位。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：记录仪，所述记录仪与所述数据采集与处理器通过信号线连接，用于接收所述数据采集与处理器发送过来的目标定位数据，并将所述目标定位数据进行保存，以供后续使用。

6.一种基于权利要求1-5中任一所述装置的目标定位方法，其特征在于，包括：

接收来自于非合作雷达的直达波射频参考信号和来自于待探测目标的目标回波射频信号；

对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行处理，得到直达波中频参考信号和目标回波中频信号；

根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行处理，包括：

对所述直达波射频参考信号和所述目标回波射频信号进行二次变频处理、放大处理和滤波处理。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述目标进行定位，包括：

对所述直达波中频参考信号进行脉冲分选，将属于同一个非合作雷达的脉冲信号分选在一起；

根据每个非合作雷达对应的位置和对应的脉冲信号特征，从所有的非合作雷达中筛选出一个作为最优非合作雷达，将所述最优非合作雷达对应的直达波中频参考信号记为第一直达波中频参考信号；

根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一直达波中频参考信号和所述目标回波中频信号，对所述待探测目标进行定位，包括：

对所述第一直达波中频参考信号、所述目标回波中频信号和噪声信号进行功率分析，建立双基地几何关系；

获取发射站目标方位角、目标双基地距离以及多普勒频移参数；

根据所述双基地几何关系、所述发射站目标方位角、所述目标双基地距离差以及所述多普勒频移参数，得到所述待探测目标到接收机的方位角、距离和速度，对所述待探测目标进行定位。

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