无源定位方法及其精度研究

ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｇｉｖｅ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈｅ
ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
４．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｍｉｔｔｅｒ ｆｒｏｍ ｍｕｌｔｉｓｔａｔｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ
ｉｓ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｄ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈｒｅａｔ．Ｐａｓｓｉｖｅ
ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｒａｄｉａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ，Ｃａｎ ｌｏｃａｔｅ ｔｈｅ ｒａｄｉａｎｔ
ｉｎ ａ ｈｉｄｄｅｎ ｗａｙ．Ｆｅａｔｕｒｉｎｇ ｉｎ ｌｏｎｇ ｆｉｒｅ．ｏｎ ｒａｎｇｅ，ｈｉ曲ａｎｔｉｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｉｔ ｐｌａｙｓ
签名：—盔釜牡 日期：２岬年岁月Ｊ曰
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分布式多站定位，由空间上分布配置的多个接收机同时对辐射源信号进行接 收处理，确定多个定位曲面（如平面、双曲面、圆等），多个曲面相交，得到目标 的位置。它主要利用不同平台定位曲面之间差异较大的特点来定位和提高定位精 度，具有速度快、精度高的优点，但多站系统是靠各接收站之间的协调工作， 进行大量数据传输来完成的，系统相对较复杂，且当系统接收站需要机动时，复 杂度更高。
ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｕｒｖｉｖａｌ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｅｍｐｈａｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｗａｒ．Ｍｏｒｅ，ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ｐｕｔ
ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｐａｓｓｉｖｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ
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签名：绰导师签名： 日期：２岬年厂月，岁日
第一章绪论
第 帚一章 早 绪珀下论匕
１．１研究背景及意义
无源定位技术【ｌ卅是现代电子战的一个重要组成部分，无论是传统的战略战术 电子侦察，还是电子干扰，都离不开利用目标辐射源的信号或外辐射源的信号对 目标进行定位。近几年所发生的几次高科技局部战争都证明，辐射源无源定位系 统是现代一体化防空系统、机载对地、对海攻击以及对隐身目标的远程预警系统 的重要组成部分。对辐射源的定位技术，可以直接用于对敌武器平台的精确打击， 引导反辐射武器攻击等军事领域。
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｍｆｉｇｕｒｅ，ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｕｓｉｎｇ ＤＯＡ—ＴＤＯＡ，ＤＯＡ—ＤＤ ａｎｄ ＴＤＯＡ－ＤＤ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｆｉｇｕｒｅｓ．
５．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｌｌ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ａｕｔｈｏｒ’Ｓ ｗｏｒｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｐａｓｓｉｖｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ
５．总结本文的工作，提出了对无源定位问题的进一步研究的看法。
关键词：无源定位，时间差，多普勒频率差，定位算法，定位精度
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ａｎｔｉｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ｍｉｓｓｉｌｅ，ａｃｔｉｖｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｒａｄａｒ
对辐射源目标的无源定位分为单站定位和分布式多站定位。单站定位是利用 一个平台上单个或多个接收机在不同时刻对信号的测量和处理获得目标位置，发 挥了单站的机动性和灵活性，不需要大量的数据通信。如果装载在无人飞机上， 飞临目标，更可以用简单系统在小范围内得到较高的定位精度。通常，单站定位 要求侦察站在一段时间内有较大的移动，以获得较好的定位效果，因此单站定位 需要较长的时间。
无源定位技术的发展历程与雷达等有源设备的技术发展和电子侦察手段的发 展是紧密相连的，信号的特性和侦察能力决定了定位技术的使用，因此，定位技 术的研究和使用也是电子侦察技术发展历程的一个缩影。
最早使用的定位方法是方向（ＤＯＡ）测量交汇法，定位精度较低，随着定位 精度要求的提高，在七十年代初期出现了精确电子侦察定位系统理论，它主要利 用到达时间差（ＴＤＯＡ）和多普勒频率差（ＦＤｏＡ或ＤＤ）测量定位，典型应用是 美国的ＰＬＳＳ系统。我国无源定位技术发展较晚，在八十年代初开始出现这方面的 理论研究，采用的方法主要是方位测量三角交汇定位，近年来，开始出现研究时 差定位【５铷】和多普勒频差定位【１１－１３】技术，还出现利用相位变化率的定位技术，但主 要采用的还是测向定位【１４】和时差定位技术
ｓｔａｔｅｓ ａｎｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｎｄ ｃｉｖｉｌｉａｎ Ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．
２．Ｆｉｒｓｔｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＴＤＯＡ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ
ｍｅｒｉｔｓ ａｎｄ ｄｅｍｅｒｉｔｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｐａｒｔ ｍａｉｎｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ
ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｉｓｓｕｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｍｂｉｇｕｉｔｙ
３．讨论了多站多普勒频率差定位方法和精度问题，包括运动平台对固定辐射 源，固定平台对运动辐射源的多普勒频率差定位原理、算法及精度分析，推导定 位计算公式和定位精度公式，表明系统的各参数测量误差对定位性能的影响程度， 最后根据仿真给出了典型的计算结果和比较结果。
４．研究了利用多平台多参数对目标进行无源定位的方法、算法和精度等问题。 主要讨论了ＤＯＡ．ＴＤＯＡ、ＤＯＡ．ＤＤ、ＴＤＯＡ．ＤＤ三种联合测量定位方法的最佳布 站形式、定位算法解、定位精度公式、给出各测量量误差对总体定位误差的影响 及计算机仿真结果，并比较了它们的性能特点。
１．阐述了无源定位技术研究的历史背景、现状和意义。说明了该技术的研究 具有及其重要的理论意义和军事、民用价值。
２．对无源时差定位基本原理进行说明，分析时差定位方法的优缺点。并对定 位算法进行研究，主要分析了非线性定位方程组的求解技术及其与之相关的定位 精度、定位模糊、定位无解问题，讨论了不同布站对定位无解和定位模糊的影响， 时差测量误差与站址测量误差对定位精度的影响，并进行了仿真。
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｗｏｒｋ ａｎｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｐａｓｓｉｖｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｃｌｕｄｅ：
１．Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｉｓ ａ ｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｐａｓｓｉｖｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｓ，ｐｒｅｓｅｎｔ
ｆｏｒｍｕｌａｅ ａｎｄ ｆｉｇｕｒｅｓ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ奶ｎｌ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎ
ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｓ．Ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ Ｏｌｌ ｅａｃｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ
辐射源无源定位技术，因其在军事上的重要作用，受到世界各国的重视，是 重要的军事研究项目。通过不断提高定位系统的适应性和定位精度，使其在现有 军事系统中占有越来越重要的地位。我国也将无源定位技术的研究和实现作为电 子战领域的一项关键技术，这类课题也是我国军事电子预研和基金项目的重要课
．１．
电子科技大学硕士学位论文
ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｘｅｄ ｅｍｉｔｔｅｒ ｆｒｏｍ ｍｏｖｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｅｍｉｔｔｅｒ ｆｒｏｍ ｆｉｘｅｄ ｓｔａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｄ ｅｒｒｏｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ
电子科技大学 硕士学位论文 无源定位方法及其精度研究 姓名：敖伟 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：张扬
20090501
摘要
摘要
随着电子干扰和反辐射导弹等雷达对抗技术的迅速发展，以雷达为代表的有 源探测定位受到越来越严重的威胁。由于无源定位技术能在自身不辐射的条件下， 隐蔽的确定辐射源位置，具有作用距离远、抗干扰能力强的特点，对于提高系统 在电子站环境下的生存能力和作战效能具有十分重要的作用，因此对于无源定位 技术的研究越来越受到各国的重视。本文主要对无源定位技术做了以下几方面的 工作和创新：
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。
辐射源无源定位既可以采用多平台定位，也可以采用单平台定位。单平台无 源定位算法较为复杂，信号处理量也比较大，而且，单平台定位要求定位平台在 一段时间内有较大的角度移动，以获得好的定位效果，所以单平台定位还需要较 长的定位时间。而多平台情况下的定位技术由于可以获得较高的定位精度，同时 对测试系统的要求较低，因而应用更加广泛。但是，多平台定位是靠多个接收平 台之间的协同工作，进行大量数据传输来完成的，系统相对较复杂。
ａｎｄ ｎｏｎ－ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ眦ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．
３．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｌｏｃａｔБайду номын сангаасｏｎ ｕｓｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
．ＩＩ．
ｅｍｉｔｔｅｒ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｓｓｉｖｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｔｉｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏ ａｒｒｉｖａｌ，Ｄｏｐｐｌｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ，
ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ，ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｅｙ
随着电子技术在军事领域的快速发展，电子战在现代战争中的地位和作用不 断提高，交战双方成败的关键首先成了对电磁优势的争夺。面对电子对抗、隐身 技术迅速发展的严峻形势，传统雷达系统将不可避免地面临着“四大威胁’’（即反 辐射导弹、目标隐形技术、超低空突防和先进的综合性电子干扰）的挑战，已经很 难像过去一样发挥威力，而且其自身的安全也成了一个亟待解决问题，无源定位 技术就是在这种背景下产生和发展起来的。无源定位是指定位平台不发射对目标 照射的电磁波，仅通过测量辐射源的辐射、反射和散射的电磁波来确定目标的位 置。在越来越强调探测系统反隐性能和隐蔽性的趋势下，采用被动方式工作的无 源定位方法作为以后定位方法发展的重要方向以及对现有定位系统的完善和补 充，越来越受到人们的重视。
题。目前，中国电子科技集团公司第１０研究所，电子科技大学，北京理工大学， 国防科技大学，中国航天科工８５所等单位都在这方面进行了大量有益的上作，并 取得了一定的研究成果。
１．２研究历史和发展现状
虽然有源定位具有全天候和高精度的优点，但很容易暴露自己，受到对方的 干扰、摧毁，特别是２０世纪６０年代以来，反辐射导弹的出现和使用，对雷等有 源设备的生存提出了严重的挑战，为了弥补有源定位方法的不足，人们在积极改 进有源定位方法的同时，开始了无源定位问题的研究。