基于干扰信号的协同探测定位方法❋

朱林，方胜良，杨健（.通信信息控制和安全技术国家重点实验室，浙江嘉兴34033；.解放军电子工程学院，合肥30037）

基于干扰信号的协同探测定位方法❋

朱林1，2，❋❋，方胜良2，杨健1
（1.通信信息控制和安全技术国家重点实验室，浙江嘉兴314033；2.解放军电子工程学院，合肥230037）

干扰探测一体化是发展精确电子战的一项新技术。针对一体化信号的波形特点，以距离方位角测量和脉冲时间间隔测量为关键技术，实现了一体化信号的接收及处理。然后提出了基于干扰信号的3种协同探测定位模式，给出了定位算法及定位精度分析。最后，通过仿真分析给出了3种定位方法的定位精度，验证了算法的可行性和有效性。

电子战；干扰探测一体化；协同探测定位；精确定位

1 引言

随着以电子战为主导的信息化战争的快速发展，电子战已经贯穿于现代战争的整个过程，而雷达与干扰机在电子战的发展中始终保持着重要的地位，尤其是非常规或者局部区域作战时，快速的作战节奏对雷达与干扰机提出了越来越高的要求。2009年8月24日，美国防高级研究计划局（DAPRA）启动“精确电子战”（PREW）项目［1］，旨在演示验证一种能定位敌方电子设备，阻止其通信并同时对己方干扰极小的外科手术式电子干扰系统。由此可见，探测定位与干扰手段相结合的电子对抗设备将成为未来电子战研究的一个重要方向。

国内外学者对干扰探测一体化也开展了广泛的研究。美国空军已将F-22机载雷达和干扰机在部分频域实现一体化；文献［2］研究了几种可用的一体化波形，并对其干扰性能和探测性能进行了分析；文献［3］提出了P频段噪声干扰与雷达一体化系统设想，并评估了一体化系统对F-22的探测性能；文献［4］提出了一种一体化信号的优选策略。以上文献均是对一体化信号的设计及实现展开研究的，本文在相关研究的基础之上，着重研究了一体化信号接收及处理，并提出了基于干扰信号的协同探测定位方法。

2 一体化信号接收及处理

一体化信号必须是同时具有干扰与探测功能，因此必须同时满足两个基本要求：一是能够完成对雷达的有效干扰功能，可实现对雷达的压制性干扰和欺骗式干扰；二是能够实现对目标的探测功能，可实现对目标的测向和测距功能。一体化信号可以分为两类：第一类是在干扰信号上叠加探测信号的一体化信号；第二类是同时具有探测性和干扰性的随机信号。文献［2］已对两类一体化信号的基本性质、探测性能和干扰性能进行了深入的分析研究，这里不再赘述，本节主要研究对干扰探测一体化信号的接收及处理。

对干扰探测一体化波形的接收及信号处理分为两类：一是对第一类叠加信号首先经过滤波，屏蔽掉干扰成分保留回波中的探测信息，再对其进行检波、放大等处理，检测目标回波，判定目标存在；二是对第二类干扰回波信号首先与经过数字延时的一体化信号包络进行相关接收，然后对相关结果进行旁瓣压制，检测其相关峰，判定目标存在。干扰回波接收及信号分析处理如图1所示。

信号处理部分按照有源探测处理方式和无源侦察处理方式分别进行信号处理。有源信号处理主要采用匹配滤波、窄带数字波束形成、多普勒滤波、恒虚警检测以及测角等工作输出目标信号的方位信息和距离信息，同时对由不同发射机所确定的目标位置信息进行融合处理；无源信号处理部分主要采用宽带数字波束形成、基于盲时-频分析方法的信号检测和参数估计确定目标辐射源的脉间参数；同时结合雷达脉内细微特征参数，完成雷达个体识别。

2.1 距离方位角测量

（1）互相关距离测量方法

对距离的测量可以通过测量干扰站直达波与目标干扰回波的时差Δt，再乘以光速c来计算：

通常情况下，目标与中心站一般不被干扰站的发射天线主瓣同时覆盖，直达波往往来自干扰站的旁瓣辐射，因此要求中心站能够从干扰站旁瓣中连续截获直达波信号。若直达波和目标散射回波受杂波和噪声的干扰较为严重，可以通过互相关处理技术来提高时差的测量精度。

（2）比幅单脉冲方位角测量方法

目标方位角是中心站、目标的连线与基线的夹角，记为θR。当中心站采用定向搜索天线或阵列天线时，利用比幅单脉冲等技术可以同时确定直达波与目标干扰回波的到达角，从而可以确定中心站目标方位角θR。有时中心站为了设计简单采用全向天线，此时无法直接测得θR，只能通过其他参数间接计算得到。

2.2 脉冲时间间隔高精度测量

本文研究一种基于铷原子钟的高精度脉冲时间间隔测量方法，该方法使用高准确度铷原子钟作为量化时钟，采用电子计数法完成脉冲时间间隔大周期的测量；采用双通道ADC对高准确度铷原子钟产生的基准正交信号进行采样，获得采样点的幅度值，进而计算出对应的相位信息，通过相位信息求取电子计数法的量化误差，从而高精度测量出脉冲时间间隔，该方法的时间间隔测量精度能够达到皮秒量级。具体实施方法流程图如图2所示。

具体算法流程如下：

（1）采用高准确度铷原子钟产生3路信号：一路信号为方波信号，作为量化时钟；另外两路信号为幅度相同的正交信号，一路为正弦信号，一路为余弦信号，相位相差90°；3路信号的频率相同，均为f；

（2）对铷原子钟产生的量化时钟进行计数，当第一个待测脉冲到来时，输出此时刻的计数值m，得到第一个待测脉冲TOA的高位值m·T0，其中T0＝1／f为时钟频率对应的周期；同时，待测脉冲同步触发双通道ADC对频率为f的正交两路信号进行采样，获得采样点A1、A2的幅度值PA1、PA2；

（3）根据采样点的幅度值PA1、PA2，求取其对应的相位φA，计算公式为φA＝arctg［PA1／PA2］；

（4）当下一个待测脉冲到来时，计数器输出此时刻的计数值n，得到第二个待测脉冲到达时间的高位值n·T0，其中T0＝1／f为量化时钟频率对应的周期；同时，待测脉冲同步触发双通道ADC对频率为f的正交两路信号进行采样，获得采样点C1、C2的幅度值PC1、PC2；

（5）根据采样点的幅度值PC1、PC2，求取其对应的相位φC＝arctg［PC1／PC2］；

（6）参照图3，第一个待测脉冲与第二个待测脉冲之间的时间间隔Tx的值表示为

3 基于干扰信号的协同探测定位模式及算法

本方法是基于多干扰站、分布式、网络化工作的原理，实现对目标的干扰、探测定位。因此，除了单部干扰机完成干扰、探测功能外，基于网络连接的多部干扰机协同工作并完成对目标的定位与跟踪技术是其核心问题。本文主要讨论有源工作模式下的协同定位技术。

3.1 多发一收模式下的协同探测定位算法

多发一收模式下，系统常规配站方法（以4个干扰站为例）如图4所示。3个干扰站接收目标直达波信号，通过无源定位方法对目标进行测向、识别，并将方位信息和目标特征参数报送到中心干扰站，引导干扰站对其进行干扰。

中心干扰站既可以接收3个干扰站辐射到目标的干扰回波信号，又可以接收目标的直达波信号。通过目标回波信号可构建椭圆方程组对目标进行定位；通过目标直达波信号可以对目标定位也可以识别目标相关特征参数。通过关联可以将有源的高精度定位和无源的平台识别结合起来，高效地定位跟踪目标。

设T0为中心干扰站，其他3个干扰站Ti（i＝1，2，3）的探测信号经目标反射到达中心干扰站所需时间为ti，则系统的量测方程为

式中，c表示光速。对上式的方程组利用最小二乘法对目标位置（x，y，z）进行求解［4］，得到3个方程组成的非线性方程组

为了方便起见，将式（2）表示为AX＝F。欲求解这个方程组，首先将r0看作是已知量，从而解得x、y、z是r0的线性函数：X（r0）＝（ATA）－1ATF，然后再将x（r0）、y（r0）、z（r0）代入r0的求解方程求出r0，再将r0代回上式利用最小二乘法＾X＝（ATA）－1ATF求出目标位置（x，y，z）。

下面对该定位系统的误差进行分析［5］，对式（1）的两边进行微分：

各干扰站的时间测量是相互独立的，测量误差之间互不相关，又假定时间测量误差经过系统误差修正后是零均值的，站址误差各个分量d xi、d yi以及各站址间误差互不相关，且E［（d ti）2］＝σ2t，E［（d xi）2］＝E［（d yi）2］＝σ2s（i＝0，1，2，3），则定位误差协方差矩阵为

则中心干扰站的定位精度为

3.2 一发多收模式下的协同探测定位算法

一发多收模式下，系统中的干扰站只有一个处于有源干扰状态，其他站均处于无源状态。系统常规配站方法如图5所示。处于有源状态的干扰站发射干扰信号，并接收目标辐射源的直达波信号，将位置信息和目标特征参数报送到中心干扰站。处于无源状态的干扰站既可以接收目标的干扰回波信号，又可以接收目标的直达波信号。通过目标回波信号可构建椭圆方程组对目标进行定位；通过目标直达波信号可以对目标定位也可以识别目标相关特征参数。

设T0为处于有源状态的干扰站，T0发射的干扰信号经目标反射至其他3个干扰站Ti（i＝1，2，3）所需时间为ti，则系统的量测方程为

式中，c表示光速。通过求解上面的联立方程组，可对目标（x，y，z）进行定位。

可见一发多收模式的量测方程形式和多发一收模式的量测方程一致。由于量测方程与多发一收模式一致，故该模式的定位精度分析与多发一收模式也是一致的，这里不再赘述。

3.3 多发多收模式下的协同探测定位算法

系统常规配站方法如图6所示，系统采取区域部署的方法，多个干扰站交错配置，以覆盖整个防御区域。

设系统中有多个干扰站，在多发多收模式下，其中处于有源状态发射干扰信号的干扰站有m个，分别设为T1i（x1i，y1i，z1i）（i＝1，2，…，m），处于无源状态的干扰站有n个，分别设为T2j（x2j，y2j，z2j）（j＝1，2，…，n），干扰站T1i发射的干扰信号经目标反射至干扰站T2j所需时间设为tij，则系统的测量方程为

如果m≥3，则可将上述量测方程划分为n个子系统Sj（j＝1，2，…，n），即

对子系统Sj（j＝1，2，…，n）量测方程求解，得到m个方程组成的非线性方程组

其中：

n个子系统可得到n个目标估计值，每个子系统的定位精度分析类似于多发一收模式。对这n个子系统进行马尔可夫组合估计，即可得到最终的目标估计值和定位精度。

4 仿真分析

根据以上3种算法研究结果，可以得到系统在不同干扰站数目及不同布站条件下的定位精度。针对某一作战行动设置3种布站方案：方案一采用3发1收模式（4个干扰站）组网布站，干扰站呈圆周上星形布站，中心站部署在圆周中心；方案二采用1发3收模式（4个干扰站）组网布站，干扰站呈圆周上星形布站，处于有源状态的干扰站部署在圆周中心；方案三采用3发3收模式（6个干扰站）组网布站，处于有源状态的干扰站呈正三角形布站，处于无源状态的干扰站呈倒三角形布站。各干扰站与中心站之间的基线长度设置为1 000m，测时精度为0.5 ns，站址误差为0.3m，目标高度为5 000m，目标距系统不同距离下的系统平面定位精度如图7所示。

从仿真结果可以看出，基于干扰信号的协同定位技术的3种定位模式均保持了较好的定位精度。其中3发1收模式与1发3收模式由于采用一致的测量方程及定位算法，故具有相同的定位精度；但1发3收模式只有中心干扰站处于有源状态，从安全的角度考虑，1发3收模式比3发1收模式具有更好的隐蔽性，安全可靠性更高。3发3收模式可以看作是多系统的多发一收模式，通过对每个系统进行马尔可夫组合估计，所以其定位精度要优于其他两种模式。当然，该模式对系统布站配置要求较高，隐蔽性相对较差。

5 结束语

本文在实现了一体化信号接收及处理的基础之上，提出了基于干扰信号的协同探测定位模式及算法，仿真结果显示其具有较好的可行性和有效性，对雷达与干扰机一体化的发展具有重要参考价值。由于受到测时精度和站址误差的影响，基于干扰信号的定位算法的目标定位精度还有待进一步的提高，主要原因来自于一体化信号的设计以及一体化信号接收及处理方法。在下一步的工作中可以对这方面进行相关研究，从而进一步提高目标的定位精度。

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ZHU Lin was born in Zhoukou，Henan Province，in 1989.He received the B.S.degree froMElectronic Engineering Institute in 2011.He is now a graduate student.His research concernselectronic countermeasure effectiveness evaluation.

Email：0709035＠163.com

方胜良（1968—），男，安徽黄山人，2004年于解放军电子工程学院获博士学位，现为教授、博士生导师，主要研究方向为电子对抗效能分析、系统建模仿真；

FANG Sheng-liang was born in Huangshan，Anhui Province，in 1968.He received the Ph.D.degree froMElectronic Engineering Institute in 2004.He is now a professor and also a Ph.D.supervisor.His research concerns electronic countermeasure effectiveness evaluation and systeMmodeling and simulation.

杨健（1971—），男，江西南昌人，2007年于解放军电子工程学院获博士学位，现为副教授、硕士生导师，主要研究方向为电子对抗战术。

YANG Jian was born in Nanchang，Jiangxi Province，in 1971.He received the Ph.D.degree froMElectronic Engineering Institute in 2007.He isnow an associate professorand also the instructor ofgraduate students.His research concerns electronic countermeasure tactics.

Cooperative Detection and Location Based on JamMing Signal

ZHU Lin1，2，FANG Sheng-liang2，YANG Jian1
（1.Science and Technology on Communication Information Security Control Laboratory，Jiaxing 314033，China；2.Electronic Engineering Institute，Hefei230037，China）

Jamming and detection integration is a new technique for developing precise electronic warfare（EW）. According to the characteristics of integration signal，themethod of receiving and processing integration signal is achieved，based on the technology of distance and azimuthmeasurement and pulse time intervalmeasurement. Then，three kinds of cooperative detection and location mode based on jamming signal are proposed.The location algorithms and precision analysis are discussed.Finally，the location precision of location algorithms is given based on simulation，and the feasibility and validity of algorithms are verified.

electronic warfare；integrative jamming and detection；cooperative detection and location；precise location

The Fund of Science and Technology on Commuication Information Security Control Laboratory（9140C13050112DZ46）

date：2012－11－28；Revised date：2013－03－14

通信信息控制和安全技术国家重点实验室基金项目（9140C13050112DZ46）

❋❋通讯作者：0709035＠163.coMCorresponding author：0709035＠163.com

TN95；TN97

A

1001－893X（2013）06－0739－06

朱林（1989—），男，河南周口人，2011年于解放军电子工程学院获学士学位，现为硕士研究生，主要研究方向为电子对抗效能分析；

10.3969／j.issn.1001－893x.2013.06.013

2012－11－28；

2013－03－14