基于北斗信號外輻射源的目標(biāo)直接定位算法
——評《目標(biāo)定位跟蹤方法與實踐》

書名：《目標(biāo)定位跟蹤方法與實踐》

作者：石章松，劉志坤，吳中紅

出版社：電子工業(yè)出版社

ISBN：978-7-1213-7279-7

出版時間：2019年8月

定價：128元

傳統(tǒng)無線電監(jiān)測采用的有源雷達(dá)會在工作時發(fā)射電磁波，存在極大的暴露風(fēng)險，此時具備功耗低、體積小、干擾性弱以及不發(fā)射電磁波等優(yōu)勢特點的外輻射源受到了廣大科研工作人員的關(guān)注，逐漸成為當(dāng)前無線電雷達(dá)信號領(lǐng)域的研究熱點，具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。筆者在參與廣西電網(wǎng)科技項目“高精準(zhǔn)定位輸配電作業(yè)安全管控技術(shù)研究科技項目”（XKYS2019KJ0013）過程中，選擇以《目標(biāo)定位工作方法與實踐》一書作為研究參考，實現(xiàn)了對北斗信號外輻射源的具體了解，并進(jìn)一步圍繞基于北斗信號外輻射源的目標(biāo)直接定位算法展開詳細(xì)分析與探討。

由石章松、劉志坤、吳中紅編著，電子工業(yè)出版社2019年8月聯(lián)合出版的《目標(biāo)定位跟蹤方法與實踐》是一部科研專業(yè)著作，共七章。全書主要圍繞國內(nèi)外開展多年的目標(biāo)定位跟蹤理論研究成果及實踐案例展開全面、系統(tǒng)的闡述，內(nèi)容涉及估計理論和濾波方法、目標(biāo)跟蹤基本方法、純方位水下目標(biāo)被動定位跟蹤方法、目標(biāo)定位跟蹤方法應(yīng)用等，與此同時，書中還引入了部分定位跟蹤方法的應(yīng)用案例以供參考。

相較于其他信號來說，北斗衛(wèi)星信號具有一定的特殊優(yōu)勢：一方面是信號覆蓋較廣，全球大部分地區(qū)都能夠接收到北斗衛(wèi)星信號，并且選擇北斗信號為輻射源所設(shè)計的外輻射源雷達(dá)可以有效避免受到雜波影響。另一方面在于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的空間星座位置固定，其中包括與地球運行規(guī)律同步的衛(wèi)星，由此在信號源與信號接收站之間因相對運動產(chǎn)生的多普勒頻移不具有明顯的影響作用，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的安全性和信號發(fā)射功率都較為良好。

從模糊函數(shù)特性來看，北斗信號的C/A碼在多普勒維和距離維的模糊函數(shù)二維圖上可以看出較為明顯的分辨率，代表著北斗信號符合做信號源的條件；從速度與距離分辨率特性來看，北斗信號具有良好的速度分辨率和距離分辨率，且信號帶寬較為適中；從最大探測距離特性來看，雷達(dá)系統(tǒng)探測距離與信號處理技術(shù)緊密相關(guān)，所以伴隨著北斗衛(wèi)星信號功率的進(jìn)一步提高，雷達(dá)系統(tǒng)探測距離也將實現(xiàn)有效提升。綜合來看，選擇北斗信號為輻射源構(gòu)建外輻射源雷達(dá)具有一定的可行性。

外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)常用的目標(biāo)定位方法包括以下幾種：一是測向定位法，其原理是運用兩個及以上的信號接收站測量出目標(biāo)方向角相關(guān)信息，或是由單個信號接收站于不同位置來測量目標(biāo)方向角的信息，由此可以通過方向角信息交叉求解出具體的目標(biāo)位置。二是到達(dá)時差定位法，這里的時間差代表著北斗衛(wèi)星信號照射至目標(biāo)后再抵達(dá)信號接收站的時間與北斗衛(wèi)星信號直接抵達(dá)同一信號接收站時間的差值，其原理就是運用同一信號抵達(dá)三個或以上信息接收站的時間差值來明確目標(biāo)位置。三是差分多普勒定位法，當(dāng)目標(biāo)與信號接收機(jī)之間具有相對運動時，它們之間的電磁波頻率會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，由此產(chǎn)生的電磁波頻率變化量也被叫做多普勒頻率，所以該方法的原理就是通過定位過程中不同信號接收站獲取它們與目標(biāo)之間的多普勒頻率，而各個信號接收站獲取的多普勒頻率間的差值即為差分多普勒，利用差分多普勒可以實現(xiàn)對目標(biāo)的準(zhǔn)確定位。

外輻射源的目標(biāo)直接定位算法探究，基于北斗信號外輻射源的目標(biāo)直接定位算法通常要完成目標(biāo)位置確定、定位誤差分析以及仿真分析等過程，以時差定位法為例：首先通過北斗衛(wèi)星信號經(jīng)過目標(biāo)后再到達(dá)或直接到達(dá)信號接收站的時間差信息，利用這一信息在水平面的直角坐標(biāo)系內(nèi)確定目標(biāo)初始位置，通過初始位置信息可以得到方位角、目標(biāo)距離、假定目標(biāo)高度，由此計算推導(dǎo)出實際的目標(biāo)距離和方位，最終明確空間內(nèi)的目標(biāo)位置。其次，以北斗信號外輻射源雷達(dá)為原點構(gòu)建直角坐標(biāo)系，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行定位誤差分析得到誤差協(xié)方差和水平定位精度，同時以目標(biāo)位置為原點構(gòu)建直角坐標(biāo)系并進(jìn)行定位誤差分析，再次得到一個誤差協(xié)方差和水平定位精度。最后，基于北斗信號外輻射源進(jìn)行仿真分析，繪制不同條件下的定位精度幾何稀釋的等值線分布圖，以便切實了解算法定位精度，深入認(rèn)識各類因素對定位精度的影響，從而能夠根據(jù)實際條件選擇最優(yōu)定位法，以便獲得良好的目標(biāo)定位效果。