基于数字电视信号的外辐射源雷达布站优化研究

王陈泽 李治卫 于得成 张革强 明海鹏

摘要：针对数字电视信号外辐射源雷达的布站优化问题，本文对外辐射源和雷达观测站的不同布站形式进行理论及仿真分析，仿真结果表明，相对于其他布站形式，Y形布站形式定位精度分布均匀，在一定的定位误差范围内覆盖率最高。

关键词：外辐射源；布站优化；定位精度

中图分类号：TN958.97 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0095-03

基于数字电视信号的外辐射源雷达定位技术主要是利用数字电视信号作为辐射源，利用目标回波信号及雷达照射源直达波信号获得时间差、目标方向角等测量值，从而实现待检测目标空间坐标位置[1]。外辐射源雷达系统反隐身能力强，具备一定的抗干扰能力，利用多个观测站可提高目标的定位精度，可有效探测低空目标，因此，开展外辐射源目标定位技术研究具有重要的实用价值。外辐射源时差定位系统的定位精度受多种因素的影响，主要影响因素包括各个观测站的位置、外辐射源的空间位置、目标坐标位置、站址的误差、系统测量误差等，因此，观测站与外辐射源的布站构型对目标空间的定位精度的影响有很大影响，合理布站是实现目标空间位置精确定位的核心[2][3][4]。本文针对有外辐射源直达信号的一发三收体制外辐射源雷达系统，进行布站优化仿真分析研究，分析其二维GDOP图的分布情况，比较各种布站形式的优劣。

1 数字电视信号

当前，数字电视已成为人们获取外界信息的手段之一，数字电视广播具有质量高、强人机互动性、大范围覆盖等优点，因而得到快速发展。我国于2006年提出了具有自主知识产权的数字电视国家标准-地面数字多媒体广播（DTMB），目前已经推广应用。采用DTMB信号作为雷达照射源，主要基于如下考虑：发射能量高、覆盖面积比较广泛、信号带宽相对来说较宽。DTMB数字电视信号形式是一种复帧结构，主要包括两部分帧头和帧体。帧头部分由PN序列构成，帧体部分共3780个符号：系统信息包括36个符号，数据信息包括3744个符号。DTMB信号有三种结构，如图1所示。

对DTMB信号进行模糊函数仿真，DTMB信号模糊函数如图2所示。

由于DTMB信号帧结构中帧头部分的影响，DTMB信号模糊函数仿真结果中会出现一定的副峰，仿真时设置参考信号的帧头为零，可消除副峰，由图可知，DTMB信号具有图钉型模糊函数，具有较好的分辨特性，因此可以用于外辐射源雷达。

2 时差定位原理

时差定位法又被称为双曲线定位法，采用至少三个观测站采集回波信号，并进行相应的回波信号处理，通过计算三个观测站回波信号的到达时间差可以得到目标的位置信息。时间差目标定位体制下，观测站采用两个天线，其中一个天线接收直达波信号，另一根天线接收目标回波信号，直达波信号与目标回波信号进行比较，通过处理可以获取这两个信号的到达时间差，由该时差信息可以决定一个椭球面，三个观测站可以得到三个椭球面，椭球面的交点即为目标的位置坐标[5]。

在外辐射源雷达定位中，衡量定位误差大小的指标通常采用定位误差几何稀释度（Geometrical Dilution of Precision， GDOP）来表示，其表达式为：

3 多站布站优化仿真

外辐射源雷达采用一发三收体制，雷达照射源与三个观测站之间布站成多种几何构型，针对几何构型的典型结构，这里考虑Y型构型、菱形构型、梯形构型、平行四边形构型，进行目标定位误差分析。通过分析，可以得到各种布站构型的优劣，为后续布站提供参考。参数设置如表1。

雷达照射源与三个观测站的空间坐标如上表所示，假设目标距离地面高度10km，时间测量误差为20ns，站址测量误差为5m，GDOP仿真结果如图4。

由图4可见，Y型构型的定位误差图大致以雷达照射源为中心，呈现等值圆分布；菱形構型的定位误差图呈现椭圆分布，对称轴为菱形对角线，y轴方向的定位精度低于x轴方向；梯形构型的定位误差图呈现椭圆分布，对称轴为梯形对角线，对角线一侧的定位精度低于雷达照射源所在对角线一侧；平行四边形构型的定位误差图呈现椭圆分布，对称轴为平行四边形对角线，对角线一侧的定位精度低于雷达照射源所在对角线一侧。

各种布站构型定位误差小于1.9km的覆盖率如表2所示。

由表可见，Y型布局定位误差小于1.9km的覆盖率为94.1%；菱形布局为61.9%；梯形布局为87.8%；平行四边形布局为78.9%。因此，采用Y型布站形式定位误差小于1.9km的覆盖率最高。

4 结语

本文对基于数字电视信号的外辐射源雷达进行布站优化研究，针对一发三收体制外辐射源雷达，进行布站优化仿真分析，仿真结果表明，相对于其他布站形式，采用Y型布站形式的精度分布均匀，在一定的定位误差范围内覆盖率最高。本文布站优化研究对于实际工程应用具有一定的指导意义。

参考文献

[1]万显荣，易建新，程丰，等.单频网分布式外辐射源雷达技术[J].雷达学报，2014，3（6）：623-631.

[2]朱国辉，冯大政，周延.一种多参考接收站下的时差定位算法[J].西安电子科技大学学报，2014，41（4）：31-35.

[3]丰大军，许录平，宋诗斌等.利用X射线脉冲星的星间差分联合定位算法[J].西安电子科技大学学报，2014，41（1）：81-86.

[4]牛超，张永顺.基于GDOP的多基地雷达布站优化研究[J].现代防御技术，2013，31（3）：117-123.

[5]宁秀丽.外辐射源时差定位系统最优布站与跟踪算法研究[D].哈尔滨工程大学，2013.