多站被動超視距雷達時差定位及相關(guān)問題研究.pdf

1、多站被動超視距雷達是一個在超視距雷達和被動雷達基礎(chǔ)上發(fā)展起來的對超視距海面目標進行探測定位的雷達系統(tǒng)。該雷達不但克服了沿視線傳播的被動雷達作用距離受視距限制的缺點，而且克服了傳統(tǒng)地波超視距雷達目標分辨單元過大的不足，除了具備被動雷達隱蔽性強和具有良好的反隱身性能的優(yōu)點之外，還具備對海面超視距目標的探測和高精度定位能力。因此，多站被動超視距雷達是隱蔽、高精度地獲取超視距海面目標位置信息的重要途徑，比傳統(tǒng)的被動雷達和超視距雷達更具優(yōu)勢，具有

2、重要的研究價值和意義。
　　本文主要以三個發(fā)射站一個接收站的多站被動超視距雷達為研究背景，從提升超視距目標定位精度的實際需求出發(fā)，針對多站被動超視距雷達中時差定位及其相關(guān)問題進行了深入系統(tǒng)地研究，包括多個發(fā)射站單個接收站體制下，基于目標回波相對于直達波時延差的視距以外的海面目標定位方法、目標定位精度分析、窄帶信號的時延超分辨估計、相關(guān)信源的角度超分辨估計；同時，針對空中目標的三維位置估計問題，研究了單個發(fā)射站多個接收站體制下，依據(jù)

3、目標回波到達四個接收站時延差的空中目標高精度無模糊定位方法，豐富完善了被動雷達目標定位的理論體系。本文主要內(nèi)容可概括如下：
　　第一部分，利用目標回波TOA(Time of Arrival)信息的超視距海面目標被動定位方法。首先，介紹了包含三個發(fā)射站一個接收站的多站被動超視距雷達系統(tǒng)組成以及信號模型；然后，闡述了利用三個目標散射回波TOA信息對超視距海面目標的定位原理；接著，研究了球面三角學(xué)理論下的目標位置求迭代解算法；接下來，研

4、究了迭代初值的選取方法；最后，針對目標位置求解算法中可能出現(xiàn)的定位模糊問題，提出了不需要其他測量值的假設(shè)檢驗解模糊算法，有效地解決了定位模糊問題。
　　第二部分，利用目標回波TOA信息的超視距海面目標被動定位精度分析。首先，給出了參數(shù)測量精度和目標定位性能評估指標；其次，討論了多站被動超視距雷達中影響目標定位性能的主要因素，進一步指出TOA測量誤差以及發(fā)射站、接收站和目標之間的幾何位置關(guān)系是影響目標定位性能的兩個主要原因；再次，推

5、導(dǎo)了目標定位的克拉美羅下界(CRLB)，利用CRLB分析了給定TOA測量誤差下，目標位置估計所能達到的最優(yōu)性能；最后，推導(dǎo)了目標定位幾何精度因子計算公式，在給定參數(shù)測量精度下，分析了各個發(fā)射站、接收站和目標之間幾何位置的不同對目標定位精度的影響。
　　第三部分，窄帶信號壓縮感知超分辨TOA估計。首先，給出了窄帶信號TOA估計稀疏信號模型；然后，針對采用匹配濾波對窄帶信號進行TOA估計存在的分辨率差的問題，提出一種基于壓縮感知技術(shù)的

6、窄帶信號的高分辨率TOA估計方法，實現(xiàn)了對窄帶信號的超分辨TOA估計；最后，針對傳統(tǒng)稀疏重構(gòu)算法運算量大和占用內(nèi)存多的問題，提出了一種改進的分裂增廣拉格朗日稀疏重構(gòu)算法，顯著降低了計算復(fù)雜度和內(nèi)存占用量，提升了TOA估計的實時性。
　　第四部分，采用稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的相關(guān)信源超分辨DOA(Direction of Arrival)估計。首先，分析了利用目標回波DOA信息對多個目標情況下的將目標與其正確的TOA測量值進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的原理

7、；然后，采用最大后驗概率準則，對多快拍實值測量模型下的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)理論進行了介紹；接下來，利用酉變換將均勻線陣的陣列接收數(shù)據(jù)變?yōu)閷嵵翟鰪V數(shù)據(jù)矩陣并將其在實值稀疏字典矩陣下稀疏表示，得到基于酉變換的稀疏DOA估計信號模型；接著，提出了一種改進的酉稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)DOA估計算法(USBL)，該算法不僅節(jié)省了計算量，而且具有更優(yōu)的角度分辨能力，能有效地對角度間隔較小的相關(guān)信源的DOA進行估計；最后，對該算法的計算復(fù)雜度進行了分析。
　　

8、第五部分，基于TDOA的空中目標被動定位方法。首先，分析了利用外輻射源對目標的散射信號作為目標照射源，通過四個接收站測量到目標回波的 TDOA協(xié)同對空中目標進行三維定位的系統(tǒng)組成以及具體原理；然后，給出了目標和四個接收站的幾何模型；接著，通過數(shù)值仿真給出了基于TDOA的空中目標被動定位問題中存在的兩種情況：第一種是三個TDOA等值面相交于一點，第二種是三個TDOA等值面相交于兩點；接下來，針對目標三維位置求解問題，提出一種基于TDOA的