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

書(shū)名：《目標(biāo)定位跟蹤方法與實(shí)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(shí)間：2019年8月

定價(jià)：128元

傳統(tǒng)無(wú)線電監(jiān)測(cè)采用的有源雷達(dá)會(huì)在工作時(shí)發(fā)射電磁波，存在極大的暴露風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)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(shì)特點(diǎn)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(wú)線電雷達(dá)信號(hào)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，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(xiàng)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(xiàng)目”（XKYS2019KJ0013）過(guò)程中，選擇以《目標(biāo)定位工作方法與實(shí)踐》一書(shū)作為研究參考，實(shí)現(xiàn)了對(duì)北斗信號(hào)外輻射源的具體了解，并進(jìn)一步圍繞基于北斗信號(hào)外輻射源的目標(biāo)直接定位算法展開(kāi)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(shí)踐》是一部科研專業(yè)著作，共七章。全書(shū)主要圍繞國(guó)內(nèi)外開(kāi)展多年的目標(biāo)定位跟蹤理論研究成果及實(shí)踐案例展開(kāi)全面、系統(tǒng)的闡述，內(nèi)容涉及估計(jì)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(dòng)定位跟蹤方法、目標(biāo)定位跟蹤方法應(yīng)用等，與此同時(shí)，書(shū)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(hào)來(lái)說(shuō)，北斗衛(wèi)星信號(hào)具有一定的特殊優(yōu)勢(shì)：一方面是信號(hào)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(hào)，并且選擇北斗信號(hào)為輻射源所設(shè)計(jì)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(yùn)行規(guī)律同步的衛(wèi)星，由此在信號(hào)源與信號(hào)接收站之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(hào)發(fā)射功率都較為良好。

從模糊函數(shù)特性來(lái)看，北斗信號(hào)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(hào)符合做信號(hào)源的條件；從速度與距離分辨率特性來(lái)看，北斗信號(hào)具有良好的速度分辨率和距離分辨率，且信號(hào)帶寬較為適中；從最大探測(cè)距離特性來(lái)看，雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)距離與信號(hào)處理技術(shù)緊密相關(guān)，所以伴隨著北斗衛(wèi)星信號(hào)功率的進(jìn)一步提高，雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)距離也將實(shí)現(xiàn)有效提升。綜合來(lái)看，選擇北斗信號(hào)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(cè)向定位法，其原理是運(yùn)用兩個(gè)及以上的信號(hào)接收站測(cè)量出目標(biāo)方向角相關(guān)信息，或是由單個(gè)信號(hào)接收站于不同位置來(lái)測(cè)量目標(biāo)方向角的信息，由此可以通過(guò)方向角信息交叉求解出具體的目標(biāo)位置。二是到達(dá)時(shí)差定位法，這里的時(shí)間差代表著北斗衛(wèi)星信號(hào)照射至目標(biāo)后再抵達(dá)信號(hào)接收站的時(shí)間與北斗衛(wèi)星信號(hào)直接抵達(dá)同一信號(hào)接收站時(shí)間的差值，其原理就是運(yùn)用同一信號(hào)抵達(dá)三個(gè)或以上信息接收站的時(shí)間差值來(lái)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(hào)接收機(jī)之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們之間的電磁波頻率會(huì)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(guò)定位過(guò)程中不同信號(hào)接收站獲取它們與目標(biāo)之間的多普勒頻率，而各個(gè)信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)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(guò)程，以時(shí)差定位法為例：首先通過(guò)北斗衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)目標(biāo)后再到達(dá)或直接到達(dá)信號(hào)接收站的時(shí)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(guò)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(jì)算推導(dǎo)出實(shí)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(hào)外輻射源雷達(dá)為原點(diǎn)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(shí)以目標(biāo)位置為原點(diǎn)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(gè)誤差協(xié)方差和水平定位精度。最后，基于北斗信號(hào)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(shí)了解算法定位精度，深入認(rèn)識(shí)各類因素對(duì)定位精度的影響，從而能夠根據(jù)實(shí)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。