一种多站无源时差定位系统内场模拟测试方法

邹 峰，杨文举，张殿友，童卫东

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏 扬州 225101)

0 引 言

现代舰载雷达面临着电子干扰、反辐射导弹攻击、隐身空防、低空突防[1]四大威胁。未来我海军编队信息作战在濒海、远海环境进行，往往要求实施严格的电磁静默等反侦察控制，以免暴露自己，因此对目标进行无源定位和跟踪是现代舰艇编队一体化防空、对海、对陆攻击以及对隐身目标预警探测的重要手段。无源定位具有作用距离远、覆盖范围大、隐蔽性好、生存能力强、先敌发现，先敌攻击、不会遭到敌方电子干扰和反辐射攻击等优势。

随着无源定位技术的发展，多站无源定位系统科研实验和装备试验需求不断增多，一般都采用外场实装试验的方式，需要花费大量的试验保障、人力物力，试验效率较低。本文提出一种多站无源时差定位系统内场半实物模拟测试方法，该测试方法有效解决了多站无源时差定位系统在内场实验室环境下开展定位功能测试和定位精度测量问题，节省了装备试验成本，提高了试验效率。

1 三站无源时差定位系统原理[2]

三站无源时差定位系统一般包括1个主站和2个副站，按照三站时差定位原理，3个定位站点分别如图1所示进行布置。

图1 三站时差定位原理图

3个定位站同时侦收辐射源信号，分别测量辐射源E(xe,ye)的同一脉冲前沿到达主站O(x0,y0)、副站A(x1,y1)、副站B(x2,y2)的脉冲到达时间tO,tA,tB，然后各副站将含脉冲到达时间的脉冲描述字(PDW)传送到主站Ο，经脉冲配对后计算主站Ο与副站A的时差tOA=tO-tA，主站Ο与副站B的时差tOB=tO-tB，c为电磁波的传播速度，代入公式(1)即可解算出辐射源E的位置坐标：

(1)

同步式无源时差定位系统单站原理框图如图2所示，主站和副站配置基本相同，每个站由信号接收与处理、信息处理与显控、时统和通信部分等组成。

图2 时差定位各站的系统框图

信号接收与处理由接收天线单元、接收处理单元、信号处理单元等组成，完成雷达辐射源频率、到达时间、脉宽等参数测量。时统和通信由卫星授时和定位模块、通信天线、通信信号变频和接收模块组成，负责站点间高精度时间同步、数据传输以及本站定位，输出时统信号、位置信息。

信息处理与显控由计算机和显示器组成，负责脉冲配对、定位解算以及场景、辐射源信息、定位结果显示。

2 三站无源时差定位系统内场半实物测试方法

三站无源时差定位系统内场半实物测试参试设备为三站无源时差定位系统(不含各站点的雷达侦察天线)，配试设备为1套信号产生和场景模拟器，包括信号产生器和显示控制计算机。三站无源时差定位测试场景由显示控制计算机模拟，包括模拟时差定位侦察站和目标平台地理位置、运动轨迹。目标辐射源信号由信号产生装置产生。

三站无源时差定位系统内场半实物测试原理框图如图3所示。三站无源时差定位系统由1个主站、2个副站组成。

图3 三站无源时差定位系统内场半实物测试原理框图

三站时差定位系统可放置于内场实验室环境，与配试设备信号产生和场景模拟器如图3所示进行连接。信号产生器产生目标辐射源射频信号分3路注入各站点的信号接收与处理模块，各站点的位置信息周期性地向主站信息处理模块发送，以达到场景同步。站点间通信采用射频线直连，进行数据通信。3个站点间以主站GPS授时为基准通过微波通信进行时间同步。如此三站无源时差定位系统从信号接收、处理、脉冲配对等过程均为在真实信号环境下运行，模拟的场景和主站定位解算场景保持实时同步性。因此三站时差定位系统的内场测试要达到外场测试的效果，核心是保证3个站点分别接收的3路信号为同一个辐射源发出的同一个脉冲信号，且3个站接收信号的时差要符合模拟的定位场景中辐射源到三站的真实传输时延差，即tO-tA=TA-TO，tO-tB=TB-TΟ。

利用“时间换空间”的方法，精确控制射频信号向各个站发送的时间，来实现多站无源定位试验场景下信号的模拟。信号产生器采用将同一信号功分调制来实现到各定位站时延差，即先发射一个初始宽脉冲，然后依据计算机模拟时差定位场景精确计算辐射源脉冲到达各个站的空间传输时间，转化成脉冲向各个站发送的相对延时，真实脉宽的输出是由调制器根据相对延时进行调制，产生相对的时间延迟及真实脉宽，如图4所示。

图4 信号调制示意图

试验开始后，显示控制计算机根据三站时差定位试验场景按照周期计算3路脉冲信号时延控制值，并实时向信号产生器射频控制模块发送，信号产生器射频控制模块实时控制频率源和射频通道产生所需的射频信号环境，按照时延要求精确控制3路相同的射频脉冲信号发出。射频脉冲信号通过等长的射频线注入到各个站点的微波接收通道中，由接收处理模块测量得到辐射源信号参数，形成带时标的PDW。副站通过通信系统将PDW实时传输到主站，主站信息处理单元对3站的PDW进行脉冲配对后输出时差tOA、tOB，并结合场景模拟设备实时发送的三站位置进行定位解算，最终得到定位解算结果。图5为模拟器设置的三站时差定位试验场景，图6为三站时差定位内场试验主站定位结果场景。

图5 模拟器模拟三站时差定位试验场景

图6 三站时差定位内场试验主站定位结果场景

3 试验方法效果验证

利用三站时差定位系统在外场真实环境完成了短基线定位测试，三站时差定位系统测试场景如图7所示，3个站呈三角形布置，目标相对主站由远及近运动。3个站点和目标均做慢速运动，目标距离6.7～4.6 km，定位结果数据与真实数据对比如表1所示。

表1 三站时差定位系统外场测试定位结果与真实位置数据比对表

图7 三站时差定位系统外场测试定位结果图

在实验室环境采用三站无源时差定位系统内场半实物测试方法，由信号产生和场景模拟器设置相同的场景，进行了半实物测试，定位场景如图8所示，内场测试定位结果数据与模拟的真实位置数据比对见表2。

表2 内场测试定位结果数据与模拟的真实位置数据比对表

图8 三站时差定位系统内场测试定位结果图

另外根据外场、内场测试时三站相对位置和三站时差定位系统站址定位误差、测时差误差，对三站时差定位精度进行了仿真分析[3]，如图9所示。

图9 三站时差定位精度分析仿真图

对外场定位结果测试数据、定位精度仿真数据、内场半实物测试结果数据进行对比，目标从6.7～5 km范围内定位精度基本在3%～1%范围内，且随目标逐渐接近主站定位精度呈逐渐提高趋势，数据表明内场半实物测试结果与外场测试结果基本一致，且符合定位精度仿真分析结果。该三站无源时差定位系统内场半实物测试方法可行，能够满足三站时差定位系统功能、性能的测试需求。

4 结束语

本文在介绍三站时差定位原理和三站时差定位系统组成、工作原理的基础上，提出了一种三站无源时差定位系统内场半实物测试方法，并利用三站无源时差定位系统测试场景开展了内场半实物测试，对测试结果进行了印证，并与三站时差定位精度仿真结果进行了比较，最后得出三站无源时差定位系统内场半实物测试方法是一种简单、有效的三站时差定位系统功能、性能测试方法，可有效节省三站时差定位功能调试、试验成本，提高效率。