顧曉婕，鄭 恒

（中國(guó)電子科技集團(tuán)第三十八研究所，安徽 合肥230088）

0 引言

外輻射源雷達(dá)可以在惡劣電磁干擾環(huán)境下，接替有源雷達(dá)，獨(dú)立承擔(dān)重點(diǎn)方向、重點(diǎn)地區(qū)的作戰(zhàn)任務(wù)，為防空預(yù)警系統(tǒng)提供不間斷的空情保障。它實(shí)際是一種特殊體制下的雙／多基地非合作雷達(dá)系統(tǒng)，其發(fā)射站一般為位置明確的民用廣播發(fā)射臺(tái)或戰(zhàn)時(shí)自主廣播發(fā)射臺(tái)［1-2］。電臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)作為外輻射雷達(dá)的重要組成部分，它的建立是根據(jù)外部公開(kāi)信息調(diào)研、實(shí)地勘察而不斷補(bǔ)充的。但是，在裝備的日常長(zhǎng)期使用和機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)新的輻射源，一般在無(wú)準(zhǔn)確位置信息時(shí)，需要根據(jù)ADS-B信息和其他已知準(zhǔn)確位置的電臺(tái)，進(jìn)行未知輻射源位置的反演定位。反演定位既可以實(shí)時(shí)計(jì)算，逐漸遞歸；也可以事后處理，獲得輻射源位置數(shù)據(jù)，是外輻射源數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)的一項(xiàng)實(shí)用功能［3-5］。

本文針對(duì)1未知發(fā)射電臺(tái)、1已知發(fā)射站和1 已知接收站組成的T2R 系統(tǒng)，根據(jù)接收站測(cè)得的距離和信息，使用同一時(shí)刻多批已知目標(biāo)提出一種顯式迭代的定位算法，使用此算法對(duì)未知發(fā)射臺(tái)的定位精度可達(dá)1%CEP。

1 已有電臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)長(zhǎng)年數(shù)據(jù)積累和多種渠道收集，我們獲得了較為完善的中國(guó)及周邊主要地區(qū)的調(diào)頻廣播臺(tái)、VHF-1段電視臺(tái)數(shù)據(jù)，并建庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)包括：1）中國(guó)大陸的調(diào)頻廣播電臺(tái)數(shù)據(jù)、電視1～4頻道電臺(tái)數(shù)據(jù)；2）中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)調(diào)頻廣播電臺(tái)數(shù)據(jù)、VHF低端電視頻道電臺(tái)數(shù)據(jù)；3）朝鮮、韓國(guó)調(diào)頻廣播電臺(tái)數(shù)據(jù)、VHF低端電視頻道電臺(tái)數(shù)據(jù)。如表1所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容條目包括各臺(tái)的發(fā)射頻率（MHz）、電臺(tái)名稱、地區(qū)、省份、信號(hào)制式、發(fā)射功率、輻射方向、極化、發(fā)射地點(diǎn)經(jīng)緯度、發(fā)射臺(tái)高度（部分）等信息［6-7］。

表1 當(dāng)前電臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)量

2 定位原理及建模解算

在獲得初步的位置信息后，系統(tǒng)能夠通過(guò)以下手段反演其位置。

1）通過(guò)空中目標(biāo)的位置，借助標(biāo)準(zhǔn)值，直接反推輻射源位置。

由于空中存在大批民航目標(biāo)，系統(tǒng)為校準(zhǔn)內(nèi)部誤差配備有民航數(shù)據(jù)接收設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)獲得空中民航目標(biāo)GPS 位置，通過(guò)多批目標(biāo)解算外輻射源的精確位置。

2）己方發(fā)射站和接收站位置已知，根據(jù)空中目標(biāo)，反推未知輻射源位置。

當(dāng)己方發(fā)射站和接收站位置已知時(shí)，可將另一外來(lái)電臺(tái)作為未知發(fā)射站，根據(jù)接收站測(cè)得的距離和信息，使用同一時(shí)刻多批已知目標(biāo)或不同時(shí)刻同批已知目標(biāo)，根據(jù)相應(yīng)的定位算法計(jì)算出未知發(fā)射臺(tái)的位置。

對(duì)于第一種情況使用多圓交叉定位即可獲得未知發(fā)射源的位置，因此，本文將針對(duì)第二種情況進(jìn)行研究。

設(shè)T2R 系統(tǒng)如圖1所示，接收站位置已知為（x0，y0）；發(fā)射站1位置已知為（x1，y1）；發(fā)射站2位置未知（x2，y2）待求解；空間存在多批目標(biāo)，系統(tǒng)通過(guò)接入的其他技偵信息或民航數(shù)據(jù)，可以提供每一時(shí)刻自身精確的位置信息（xti，yti）；r0i表示目標(biāo)i 到接收站的距離；r1i，r2i分別表示目標(biāo)i到發(fā)射站1和發(fā)射站2的距離；rsi表示目標(biāo)到接收站和發(fā)射站之間的距離和。ΔTi表示發(fā)射站信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)接收站的時(shí)間差。則有：

圖1 輻射源位置反演定位原理

輸入?yún)?shù)：接收站位置（x0，y0），發(fā)射站1 位置（x1，y1），目標(biāo)位置（xti，yti），測(cè)量距離和rs1和rs2。

解算參數(shù)：發(fā)射站2位置（x2，y2），基線長(zhǎng)度L2。

當(dāng)3批以上的目標(biāo)同時(shí)被T2R 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)時(shí)，可用以下方程完成對(duì)發(fā)射電臺(tái)2的定位：

將式（2）寫(xiě)為如下線性方程：

式中，

上式表示的方程構(gòu)成了一個(gè)非線性方程組。為了求解這個(gè)方程組，首先將L2看作是一已知量，發(fā)射站位置由下式?jīng)Q定：

記：

目標(biāo)估計(jì)位置為：

式中，

將式（5）代入L2表達(dá)式中，有：

式中，

將求解得到的L2代入公式（6）中可將目標(biāo)位置（x2，y2）求解出來(lái)。

3 實(shí)驗(yàn)論證

通過(guò)構(gòu)建的1未知發(fā)射電臺(tái)、1已知發(fā)射站的雙源定位實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證本文提出的定位處理方法。已知發(fā)射站1位于（10km，22km），接收站位于（0，0），一定空域內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的三批目標(biāo)T36、T96 和T154 的位置信息由技偵提供。根據(jù)每一時(shí)刻同時(shí)出現(xiàn)的三批目標(biāo)對(duì)未知反射站2進(jìn)行定位。實(shí)驗(yàn)部署和飛機(jī)航跡如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)部署與采集的同時(shí)三批飛機(jī)航跡

圖3給出了全部仿真時(shí)長(zhǎng)內(nèi)每一拍的未知發(fā)射站2的位置估計(jì)分布，可以看出，估計(jì)誤差呈收斂趨勢(shì)。

圖3 未知站位置估計(jì)分布

圖4和圖5分別給出了未知發(fā)射站2的x、y 位置誤差曲線和絕對(duì)誤差曲線，其中x、y 方向的誤差均值為-0.1962m 和-0.5392m；圓 位 置 誤 差 為15.8613m?？梢?jiàn)位置源定位精度在20m 以內(nèi)，精度優(yōu)于1%CEP，滿足工程應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖4 兩維誤差曲線

圖5 位置絕對(duì)誤差曲線

本文給出了一種基于同時(shí)多批民航目標(biāo)的位置發(fā)射站定位方法，此方法為外輻射源裝備的有效應(yīng)用和優(yōu)化完善提供了良好的技術(shù)手段，是外輻射源數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)的一項(xiàng)實(shí)用功能。此外，該方法通過(guò)求解顯式方程，提高了對(duì)位置發(fā)射站的定位精度，算法簡(jiǎn)單易行，充分滿足了實(shí)時(shí)性需求?！?/p>

［1］孫仲康，周一宇，何黎星.單多基地有源無(wú)源定位技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996.

［2］萬(wàn)顯榮.基于低頻段數(shù)字廣播電視信號(hào)的外輻射源雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)［J］.雷達(dá)學(xué)報(bào)，2012，（12）：109-123.

［3］Poisel RA.屈曉旭，羅勇，等譯.電子戰(zhàn)目標(biāo)定位方法［M］.1版.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［4］高志文，陶然，王越.單頻網(wǎng)數(shù)字電視廣播輻射源雷達(dá)目標(biāo)定位算法［J］.兵工學(xué)報(bào)，2010，31（6）：791-795.

［5］王春陽(yáng)，宮健，李偉民，等.收發(fā)分置雷達(dá)定位模型及精度仿真［J］.航天電子對(duì)抗，2008，24（6）：48-53.

［6］GY／T220.1-2006.移動(dòng)多媒體廣播第1部分：廣播信道幀結(jié)構(gòu)，信道編碼和調(diào)制［S］.

［7］GB20600-2006.數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制［S］.