王喜鵬，王 飛

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州 225001）

0 引 言

無源定位是利用目標(biāo)輻射源的輻射信息確定出目標(biāo)位置的一種技術(shù)。對地面、海面輻射源的定位常常由機(jī)載定位平臺來實(shí)現(xiàn)，這時通常有幾種常用的無源定位方法可供選用［1］：

（1）方位／俯仰定位法；

（2）測向交叉定位法；

（4）多普勒頻率差定位法；

（5）相位差變化率定位法。

上述方法中方位／俯仰定位法誤差較大，適用于近距離定位。到達(dá)時間差定位法需要3個以上觀測平臺，并且3站之間需要密切協(xié)同工作，系統(tǒng)復(fù)雜，適用于固定地面多站對空中輻射源的偵察。多普勒定位法雖然定位精度較高，定位時間短；但要求本機(jī)運(yùn)動速度相對較快且偵察設(shè)備相對復(fù)雜，成本高。因此，機(jī)載無源定位主要采用相位差變化率定位和測向交叉定位方法。

1 相位差變化率定位原理

依據(jù)運(yùn)動學(xué)原理，在目標(biāo)與觀測平臺存在相對運(yùn)動的條件下，利用觀測平臺上攜載的任意寬開的二單元天線陣（干涉儀），可以獲得位置未知的輻射源輻射電磁波的相位差變化率信息（t），此信息中含有威脅輻射源的位置信息；再利用測角系統(tǒng)測得的目標(biāo)方位角和俯仰角及其時間變化率信息（β，ε，），即可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的實(shí)時交叉定位。

如圖1所示，設(shè)空中運(yùn)動平臺上的2個天線陣元Ea、Eb接收的來波信息相位差為φ（t），則：

式中：d為陣元間距（即干涉儀基線長）；c為光速；f T為來波頻率；β（t）為來波方位角；α（t）為Ea，Eb連線垂直方向。

這里假設(shè)d遠(yuǎn)小于空中運(yùn)動平臺與固定威脅輻射源之間水平距離，并且空中運(yùn)動平臺的飛行高度 遠(yuǎn)小于目標(biāo)和平臺之間的水平距離。

圖1 二單元天線陣接收來波相位差信息的幾何解釋

依據(jù)參考文獻(xiàn)［2］求得輻射源位置坐標(biāo)如下：

高校圖書館的基本職能是服務(wù)教學(xué)、科研，同時也具有推動社會進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化傳承以及全面提升公民素質(zhì)的公共服務(wù)職能.借鑒國外高校圖書館社會化服務(wù)的成功經(jīng)驗，結(jié)合我國高校圖書館實(shí)際，提出我國高校圖書館社會化服務(wù)的幾種主要模式.

在上式中，除，βi和f Ti外，其余均為可知的運(yùn)動觀測平臺的狀態(tài)參量。所以在測得，βi和f Ti的前提下，即可定出固定目標(biāo)輻射源的位置（x T，y T）。顯然，這是一種即時定位法。因此，只要獲得上述測量參數(shù)，即可得到目標(biāo)距離并將目標(biāo)位置確定出來，而上述測量參數(shù)可以通過如下途徑得到：

（1）輻射來波到達(dá)角βi，可通過干涉儀測向系統(tǒng)獲得；

（2）干涉儀相位差變化率，可以通過干涉儀相位差濾波得到；

（3）干涉儀自身的傾角α（t），可以通過機(jī)載姿態(tài)測量系統(tǒng)的航向角減去干涉儀安裝偏角得到；

（4）干涉儀自身的傾角變化率（t），可通過機(jī)載姿態(tài)測量系統(tǒng)獲得；

（6）載機(jī)自身的位置 （x Oi，y Oi），可通過機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)獲得；

（7）輻射源信號發(fā)射的頻率f T，可通過瞬時測頻接收機(jī)（IFM）獲得。

2 單機(jī)無源定位仿真

二單元天線陣（干涉儀）偵收獲得位置未知的固定威脅輻射源輻射波的相位差變化率信息，通過與載機(jī)位置信息、姿態(tài)信息、輻射源方位等參數(shù)的綜合解算，實(shí)現(xiàn)單機(jī)對輻射源的快速定位［3］。偵收目標(biāo)信號的相位差變化速率是影響相位差變化率定位法定位精度的重要參數(shù)之一。在其它參數(shù)固定的情況下，二單元天線陣的基線長度越長，相位差變化越敏感，測量精度越高，收斂時間越短。

圖2 相位差變化率定位原理

設(shè)0.8 GHz，18 GHz對應(yīng)的定位基線長度分別為26 cm和37 cm。根據(jù)選定的基線長度、位置誤差、平臺姿態(tài)誤差等，對典型輻射源定位進(jìn)行仿真研究。典型輻射源參數(shù)為tPRF＝1 ms，波束寬度2°，平臺速度為35 m／s。仿真條件及結(jié)果如表1和圖3所示。

通過仿真可以發(fā)現(xiàn)［4］：

（1）減小平臺的姿態(tài)測量誤差，可以比較明顯地改善定位收斂速度；

（2）提高平臺運(yùn)動速度，定位收斂速度明顯提高；

（3）增加干涉儀基線長度，可以明顯提高定位收斂速度。

3 雙機(jī)無源定位仿真

測向交叉點(diǎn)定位法要求精度較低、定位時間較長，但要求機(jī)動運(yùn)動速度不是很快，且用比較簡單的 偵察設(shè)備即可完成。

表1 相位差變化率定位仿真參數(shù)表

圖3 單機(jī)定位仿真結(jié)果

測向交叉定位法的原理圖如圖4所示。設(shè)有一輻射源位于xoy平面的p點(diǎn)（x，y），在觀測點(diǎn)p1（x1，y1）和p2（x2，y2）上同時對輻射源測向，測得的方位角分別為θ1和θ2，2條方位線的夾角為β，輻射源到方位基線的距離為R，2個無人機(jī)或單個無人機(jī)2次測量點(diǎn)之間的距離為D。假設(shè)方位基線與x軸取向一致，根據(jù)三角運(yùn)算，可得下式：

由上式可知，根據(jù)偵察站所在位置及輻射源的方位角，即可確定輻射源的位置。

但是，上述公式是在理想的條件下得出的結(jié)論，在工程實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲，會出現(xiàn)隨機(jī)的測向誤差，使方位線的交叉點(diǎn)圍繞著輻射源的位置呈現(xiàn)隨機(jī)分布，產(chǎn)生定位模糊區(qū)，如圖5中的EFGH所示。

圖4 測向交叉定位原理圖

定位誤差常用均方根誤差來估計，均方根誤差即位置誤差，是指測量得到的輻射源位置與實(shí)際位置距離之差的統(tǒng)計處理結(jié)果。

圖5 誤差分析

假設(shè)偵察站的測向精度用均方根值σθ表示，那么利用余弦定理及三角運(yùn)算求得圖5中R所對應(yīng)的σr為：

它表明：接收角θ1、θ2、測向精度以及2次測量時2個機(jī)載平臺或單個機(jī)載平臺2次測量點(diǎn)之間的距離是影響定位精度的3個主要因素。圖6和圖7分別示出了在σθ＝1°和2°條件下接收角θ1和θ2的變化對定位精度的影響。

圖6與θ的變化曲線（σ ＝1°）θ

分析式σr及圖6和圖7可以看出，要提高定位精度，必須做到以下幾點(diǎn)：

（1）提高雷達(dá)偵察設(shè)備的測向精度；

（2）偵察站的地理位置要合理配置，使方位線具有最佳接收角；

（3）偵察站應(yīng)盡量靠近目標(biāo)。

圖7 與θ的變化曲線（σ ＝2°） θ

4 結(jié)束語

在電子戰(zhàn)環(huán)境中，使用快速高精度、高識別率的無源被動定位跟蹤技術(shù)進(jìn)行戰(zhàn)場監(jiān)視、遠(yuǎn)程精確打擊已成為一種重要的技術(shù)方向和發(fā)展趨勢。通過對單機(jī)和雙機(jī)無源定位原理的闡述和仿真分析，無源定位高精度、高速度的實(shí)現(xiàn)主要依賴于參數(shù)測量和處理能力的提高，具體包括相位干涉儀測向精度、相位差變化率精確測量、飛機(jī)姿態(tài)精確測量以及無源定位跟蹤算法等。

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

［2］單月輝.基于相位差變化率方法的單站無源定位技術(shù)［J］.國防科技大學(xué)學(xué)報，2001（6）：74－77.

［3］楊建華，陳思興.國外機(jī)載快速無源定位技術(shù)最新發(fā)展［A］.雷達(dá)跟蹤技術(shù)研討會論文集［C］.北京，2001：38－40.

［4］郭福成.基于運(yùn)動學(xué)原理的單站無源定位跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.長沙：國防科技大學(xué)，2002.