陆基无线电导航干扰源定位技术综述

陆基无线电导航干扰源定位技术综述

摘要：陆基无线电导航系统应当具备对干扰源进行

测向和定位功能。通过对导航台干扰源定位发展现状进行分析，总结了干扰定位方法分类、干扰定位体制两个方面关键技术以及典型系统研发情况，最后对发展陆基无线电导航系统干扰源定位技术提出建议。

关键词：无线电导航；干扰源；定位

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.123

1 引言

卫星导航系统信号微弱、公开，导航卫星需要经过长期的研发和发射入轨过程，而陆基无线电导航系统建站成本低，能采用尖端的信号处理手段，在军事应用方面具有应急性强，抗毁能力强，抗干扰能力强、信号处理能力强的特点。因此，运用陆基无线电导航系统对运载体进行导航保障能增强无

线电导航系统的抗干扰能力，增加航行可靠性。按照运载体与导航台之间是否进行应答，陆基无线电导航系统可分为半自主和自主陆基无线电导航。陆基无线电导航系统运用于军事领域必然会受到敌对电子干扰的影响，敌对电子干扰的目标包括导航信标台和导航运载体。尤其，在半自主导航系统中，运载体向导航台发射呼叫信号时，由于信号功率不够大，

容易遭受压制型的电子干扰。所以，快速准确地确定电子干扰源的位置，能迅速为陆基导航系统提供决策信息，是陆基无线电导航台应当具备的能力。

2 干扰源定位方法分类

干扰源定位的目的是确定干扰源的方向和距离。目前，基于导航台获取辐射源位置的方法主要有[1-3]：

（1）基于信号到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）的定位技术；

（2）基于信号到达频率差（Frequency Difference of Arrival，FDOA）的定位技术；

（3）基于信号到达角（Angle of Arrival，AOA）的测向

定位技术；

（4）联合定位技术，包括时差/频差联合（TDOA/FDOA）定位、测向/测频差联合定位、测向/测时差联合定位、测向/测相位变化率联合定位。

3 干扰源定位体制介绍

基于导航台的干扰源定位体制主要有以下几种：单站定位体制、多站组合定位体制等。单站干扰源定位体制利用单个导航站在间对干扰源信号进行接收和处理[4，5]。这种方

法一般针对多波束天线的干扰定位开展研究。日本学者Y. Matsumoto、M. Tanaka等提出使用高增益多波束天线的方向性，利用不同波束接收信号强度的差异，实现对干扰源的空

间定向。我国学者H. Tsuji和J. Xin等在此基础之上，利用调制信号与噪声在周期平稳性方面的差异来区分敌意干扰信

号和噪声。美国的W. Smith和G. Steffes研究了利用导航台

接收天线正反极化的天线间距产生的相位差来实现对干扰

源的定位方法。美国学者的R. Wachs提出利用干涉仪天线阵列的相位输出测量干扰信号的角度，从而实现干扰源定位。利用单站确定干扰源方向之后，可以利用定位方向在空间交汇于一点的原理，计算得到干扰源的实际空间坐标。

三站TDOA定位，又称为双曲线定位，它通过处理三个或三个以上的导航台采集到的信号到达时间测量数据对干

扰源进行实时定位。地面或者空中的干扰源信号到两个导航台站的到达时间差确定了一对以导航台为焦点的单叶双曲面。三个导航台之中的两两导航台之间确定三个单叶双曲面，则可得到三个双曲面交点，再利用先验信息排除虚假定位点，即可精确地确定干扰源位置。在精确的定位模型下，利用时差信息求解干扰源的位置，需要解决非线性方程组求解的问题。一般而言，时差定位能够实现比测角交叉定位高出一个数量级的定位精度，它是最佳的基于导航台的干扰源无源定位方法。

3.1 TDOA干扰源定位原理

位于地面的M个（M≥3）受干扰导航站接收到单个干

扰源的干扰信号，由两两导航站所接收干扰信号之间的

TDOA值能够确定一个单叶双曲面，所有的M个单叶双曲面的交点，即为电磁干扰源的空间位置。这里以三站TDOA定

位系统为例，对其原理进行说明。导航站、和采用相同的系统工作时钟并且具有接收、处理干扰电磁波的能力。通过导航站天线接收到的干扰信号，经过参数估计和相关运算，可确定干扰源信号到达导航站和到达的时间之差，即TDOA值，每个TDOA能够确定一个位置点集合所组成的单叶双曲面。

我们记、确定的双曲面为，类似的有双曲面、。则一般情况下，三个独立的单叶双曲面、、与相交于两个点和。其中，

为干扰源的真实位置，为镜像点，通过先验知识判断，可以消除镜像点得到真实的干扰源位置。

TDOA卫星定位系统的关键技术主要包括TDOA参数高

精度、快速测量技术；干扰源高精度、快速空间定位算法；?Ш秸究占湮恢酶呔?度获取技术，宽带、高灵敏度侦查接收

机技术等方面。这里主要介绍参数测量算法和空间定位算法。

3.2 FDOA干扰源定位原理

类似上述的三站TDOA测定方法，三站FDOA定位中，

两两导航站通过测量信号的到达频差，能够确定三个类轮胎曲面，曲面交点即为干扰源位置。类轮胎曲面B1的定义为

干扰源与导航站S1，S2之间多普勒值fdop1，fdop2满足fdop1-fdop2=fFDOA的点的集合。与TDOA测量类似，曲面

B1，B2，B3相交于两点R’和R，利用先验知识可以消除镜

像点R’，得到干扰源的真实空间位置。

与TDOA观测量不同的是，FDOA测量的是与干扰源信号与导航台站之间的相对多普勒频移。国外K.C.Ho利用目标的高程信息来提高地面静止干扰源的三站TDOA定位及双站TDOA/FDOA定位的精度；Ha. T. T等提出用三个以上TDOA测量值来简化计算双曲线解；Chan. Y. T等提出用二阶LS法来减少解的计算量。这几位学者的努力提高了三站定位体制的应用场景和范围。

4 典型系统研发情况国外研究情况如下[6]，英国国防评估研究局（DERA）利用TDOA和FDOA测量原理，与Matrix公司合作，所研制的干扰源定位系统NavID，其对距离200～800公里距离干扰源目标的定位误差为1公里以内；美国Interferometrics公司所研制的商业化干扰源定位系统TLS Model 2000，定位误差不详；法国于2004年研制成功Hyperloc干扰源定位系统，它的定位误差一般为几十公里。

我国的导航台干扰源无源定位技术起步较晚，1980年代初才开始这方面的理论研究，研究方向集中于多站测向协同定位法。西南电信技术研究所于2002年开始系统性研究干扰源定位系统的原理及关键技术，并在同年开始研制实用的干扰源定位系统SatILS。SatILS采用双站TDOA/FDOA定位体制。2010年正式投入使用。该系统技术成熟，设计合理，干扰源定位精度较高。