复杂信号环境下的辐射源定位技术

辐射源位置是电磁辐射源的重要特征信息，且具有相对稳定的状态，不仅与战场态势、任务规划和作战行动的关系非常密切,也是不同辐射源相互区分的重要依据。对辐射源的测向，特别是方位角测量，是各种电子战装备都需要进行处理和使用的重要工作。随着精确打击武器的发展，利用无源探测手段进行的辐射源定位也取得了长足的发展，无源与有源组合定位已经成为未来目标探测定位系统的发展方向。

1  测向定位的作用

由于任务、功能、性能等差别，在各种电子战系统中，测向定位的具体技术不同，发挥的作用也不尽相同，但都是用于获取信号的到达方向、确定辐射源在空间中的地理位置,进而完成以下几方面功能。

(1) 信号分选与辅助辐射源检测和识别。利用不同信号的到达方向，参照已知辐射源数据库、已知辐射源个体特征样本库中的辐射源方向和位置等先验知识，进行接收信号(模拟)或测量数据(数字)分类,并与信号频谱、极化、时间、调制等测量信息综合在一起，完成辐射源信号的分选、检测和辐射源个体识别。

(2) 干扰方向引导或战术行动引导。通过测量敌方辐射源的所在方向，引导干扰发射天线波束指向该辐射源，并使干扰天线波束宽度(增益)与方向引导误差对应；同时检测敌方威胁辐射源方向也用于作战行动的引导，以便确定迎击或规避行动的方向。

(3) 目标信号方向选择与跟踪引导。使反辐射攻击武器首先通过方向和空间位置特性优先选择最重要的辐射源信号进行检测、识别和跟踪，并引导武器的飞行控制系统准确攻击杀伤目标是现代反辐射攻击武器的重要工作方式。

2  几种基本定位方法

2.1  测向交汇定位

侦收站1,2位置(x₁，y₁，z₁),(x₂，y₂，z₂),侦收站1测得的辐射源方位α₁，β₁，侦收站2测得的辐射源方位α_2。基本测量方程如下：

2.2  测向时差定位

侦收站1,2位置(x₁，y₁，z₁),(x₂，y₂，z₂)，侦收站1测得的辐射源方位α₁，β₁，信号到达时间t₁，由侦收站2转发的同一信号的到达时间如t_{2。tanα1，tanβ1}可由式(1),式(2)求得：

一般采用迭代求解,具有唯一解。多站和多次测量可进一步提高定位精度、跟踪精度。

2.3  时差定位

4个侦收站位置｛(x_i，y_i，z_i)｝⁴_i；=₁,4个侦收站测得同一信号的到达时间｛(t_i)｝³_i；=₀。基本测量方程如下：

一般采用迭代求解，具有双解。采用适当的布站形式和辅助测向等措施可简化求解计算过程,多站和多次测量可进一步提高定位精度、跟踪精度。

2.4  测向-相位差变化率定位

测向-相位差变化率定位适用于运动单站对固定/低速运动辐射源的定位(平面定位或空间定位)，其定位原理如图1所示。 

辐射源至天线1距离：

相位差：

利用航迹上的多次测量可提高定位精度。

3  一种新的定位技术——TDOA和DD定位

适用于运动双站对固定/低速运动辐射源定位(平面定位或空间定位)。平面定位原理如图2所示。设两个侦收站的距离为2d,在A,和A,的速度矢量分别为v,和“，若辐射源在S,则可建立如图2所示的定位坐标系。 

定义TDOA为:

现在考察DD,假定经过时间两个侦收站分别到达了A₃和A₄,辐射源S到飞机A₃和A₄的距离分别为R₃和R₄。那么:

如果估计得到了τ和τ的值，并且飞机的速度矢量V₁和V₂已知，那么通过求解由式(14)和式(18)构成的方程组就可以得到辐射源的位置（x，y）。

4  结语

本文简要介绍了定位的基本知识以及几种基本的定位方法，其中测向定位法不仅需要专用的侧向设备，而且其定位误差不仅与测向误差有关，还与定位基线长度有很大关系，当使用单机进行测向定位时，要求信号持续时间较长。时差定位法至少需要三个接收站，设备量大。TDOA和DD定位法适用于辐射源与两个接收站存在相对运动的场合，使用这种方法的定位系统与时差定位系统相比设备量少,与测向定位系统相比定位精度高。