基于同时多批目标的未知电台反演定位

顾晓婕，郑 恒

（中国电子科技集团第三十八研究所，安徽 合肥230088）

0 引言

外辐射源雷达可以在恶劣电磁干扰环境下，接替有源雷达，独立承担重点方向、重点地区的作战任务，为防空预警系统提供不间断的空情保障。它实际是一种特殊体制下的双／多基地非合作雷达系统，其发射站一般为位置明确的民用广播发射台或战时自主广播发射台［1-2］。电台数据库作为外辐射雷达的重要组成部分，它的建立是根据外部公开信息调研、实地勘察而不断补充的。但是，在装备的日常长期使用和机动作战时会出现新的辐射源，一般在无准确位置信息时，需要根据ADS-B信息和其他已知准确位置的电台，进行未知辐射源位置的反演定位。反演定位既可以实时计算，逐渐递归；也可以事后处理，获得辐射源位置数据，是外辐射源数据库维护的一项实用功能［3-5］。

本文针对1未知发射电台、1已知发射站和1 已知接收站组成的T2R 系统，根据接收站测得的距离和信息，使用同一时刻多批已知目标提出一种显式迭代的定位算法，使用此算法对未知发射台的定位精度可达1%CEP。

1 已有电台数据库

通过长年数据积累和多种渠道收集，我们获得了较为完善的中国及周边主要地区的调频广播台、VHF-1段电视台数据，并建库。数据库包括：1）中国大陆的调频广播电台数据、电视1～4频道电台数据；2）中国台湾地区调频广播电台数据、VHF低端电视频道电台数据；3）朝鲜、韩国调频广播电台数据、VHF低端电视频道电台数据。如表1所示。

数据库内容条目包括各台的发射频率（MHz）、电台名称、地区、省份、信号制式、发射功率、辐射方向、极化、发射地点经纬度、发射台高度（部分）等信息［6-7］。

表1 当前电台数据库数量

2 定位原理及建模解算

在获得初步的位置信息后，系统能够通过以下手段反演其位置。

1）通过空中目标的位置，借助标准值，直接反推辐射源位置。

由于空中存在大批民航目标，系统为校准内部误差配备有民航数据接收设备，能够实时获得空中民航目标GPS 位置，通过多批目标解算外辐射源的精确位置。

2）己方发射站和接收站位置已知，根据空中目标，反推未知辐射源位置。

当己方发射站和接收站位置已知时，可将另一外来电台作为未知发射站，根据接收站测得的距离和信息，使用同一时刻多批已知目标或不同时刻同批已知目标，根据相应的定位算法计算出未知发射台的位置。

对于第一种情况使用多圆交叉定位即可获得未知发射源的位置，因此，本文将针对第二种情况进行研究。

设T2R 系统如图1所示，接收站位置已知为（x0，y0）；发射站1位置已知为（x1，y1）；发射站2位置未知（x2，y2）待求解；空间存在多批目标，系统通过接入的其他技侦信息或民航数据，可以提供每一时刻自身精确的位置信息（xti，yti）；r0i表示目标i 到接收站的距离；r1i，r2i分别表示目标i到发射站1和发射站2的距离；rsi表示目标到接收站和发射站之间的距离和。ΔTi表示发射站信号经过不同路径到达接收站的时间差。则有：

图1 辐射源位置反演定位原理

输入参数：接收站位置（x0，y0），发射站1 位置（x1，y1），目标位置（xti，yti），测量距离和rs1和rs2。

解算参数：发射站2位置（x2，y2），基线长度L2。

当3批以上的目标同时被T2R 系统发现时，可用以下方程完成对发射电台2的定位：

将式（2）写为如下线性方程：

式中，

上式表示的方程构成了一个非线性方程组。为了求解这个方程组，首先将L2看作是一已知量，发射站位置由下式决定：

记：

目标估计位置为：

式中，

将式（5）代入L2表达式中，有：

式中，

将求解得到的L2代入公式（6）中可将目标位置（x2，y2）求解出来。

3 实验论证

通过构建的1未知发射电台、1已知发射站的双源定位实验平台，验证本文提出的定位处理方法。已知发射站1位于（10km，22km），接收站位于（0，0），一定空域内同时出现的三批目标T36、T96 和T154 的位置信息由技侦提供。根据每一时刻同时出现的三批目标对未知反射站2进行定位。实验部署和飞机航迹如图2所示。

图2 实验部署与采集的同时三批飞机航迹

图3给出了全部仿真时长内每一拍的未知发射站2的位置估计分布，可以看出，估计误差呈收敛趋势。

图3 未知站位置估计分布

图4和图5分别给出了未知发射站2的x、y 位置误差曲线和绝对误差曲线，其中x、y 方向的误差均值为-0.1962m 和-0.5392m；圆 位 置 误 差 为15.8613m。可见位置源定位精度在20m 以内，精度优于1%CEP，满足工程应用需求。

4 结束语

图4 两维误差曲线

图5 位置绝对误差曲线

本文给出了一种基于同时多批民航目标的位置发射站定位方法，此方法为外辐射源装备的有效应用和优化完善提供了良好的技术手段，是外辐射源数据库维护的一项实用功能。此外，该方法通过求解显式方程，提高了对位置发射站的定位精度，算法简单易行，充分满足了实时性需求。■

［1］孙仲康，周一宇，何黎星.单多基地有源无源定位技术［M］.北京：国防工业出版社，1996.

［2］万显荣.基于低频段数字广播电视信号的外辐射源雷达发展现状与趋势［J］.雷达学报，2012，（12）：109-123.

［3］Poisel RA.屈晓旭，罗勇，等译.电子战目标定位方法［M］.1版.北京：电子工业出版社，2008.

［4］高志文，陶然，王越.单频网数字电视广播辐射源雷达目标定位算法［J］.兵工学报，2010，31（6）：791-795.

［5］王春阳，宫健，李伟民，等.收发分置雷达定位模型及精度仿真［J］.航天电子对抗，2008，24（6）：48-53.

［6］GY／T220.1-2006.移动多媒体广播第1部分：广播信道帧结构，信道编码和调制［S］.

［7］GB20600-2006.数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制［S］.