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无源探测技术作业
主讲老师：成萍
作者
无源探测技术中测向交叉定位方法原理及应用
1、无源探测技术简介
现代化战争是高科技的战争。为了在战争中彻底准确摧毁敌方有生力量，瓦解敌方的战斗体系，保障我方部属安全，就需要知道敌方的准确位置。于是，定位技术成为现代战争体系中一项必不可少的关键技术，作为电子对抗的重要组成部分，一直受到人们的关注。
所谓定位是指，由单个或多个分布式的有源或无源探测器，通过探测目标（散射体或辐射体）反射或发射的信号，分析信号中的数据和有关参数，应用合适的数据处理方法，估计出目标在空间中的位置。通常，按探测器种类划分，定位可分为有源和无源两大类。有源定位指探测器自身要发射电磁波，通过接收目标的反射波和相关信息进行定位，其中最主要的就是雷达对抗技术。从最近几次高科技局部战争来看，针对传统雷达的电子干扰和抗干扰斗争愈发激烈，参战单位更注重隐身，反辐射导弹成为新宠，同时低空突防技术也获得更大发展。这些都使得传统雷达探测定位技术面临的障碍不断增加，使人们意识到必须发展新的定位技术。无源定位因此深受青睐，其发展速度一直呈上升趋势。所谓无源定位就是指，探测器自身不发射电磁波，仅利用目标本身辐射或散射第三方辐射波进行定位。相对于有源定位，其具有隐蔽性和反电子侦察能力强的突出优点，从而成为现代战争中机载对敌、对海攻击以及对付隐身目标的远程预警系统的重要组成部分，大大提高了战斗系统在电子战环境下的生存能力和作战能力。
相对于传统的有源定位系统，无源定位系统有以下四大优点：
1、最大的优点在于工作时本身不发射电磁能量，具有良好的隐蔽性，能有效地抵抗反辐射导弹和反侦察定位系统，生命力强，适应环境快。
2、无源定位技术与收发分置的双基或多基雷达系统类似，且工作在甚高频和超高频，因此能更有效地对隐身目标进行探测定位。
3、无源雷达系统自身不发射信号，省去了昂贵的高功率发射机和收发开关及相关电子设备，使系统制造和维护成本大幅降低。当前，世界上一些国家在新型功率器件方面对我国采取禁运的手段，因此此项优点对我国情况有很大吸引力。
4、外辐射源的天线都设置在贴近地面的高处，因此对低空飞行的飞机和巡航导弹有利，具有良好的抗低空突防性能。
2、测向交叉定位方法的原理
2.1测向交叉定位方法简介
用无源定位的方法获取辐射源的位置信息是现代雷达系统的一项重要任务，测向交叉定位方法是无源定位中应用最多的一种。
测向交叉定位方法又称三角定位法，在二维或三维空间上经过射线交叉测定目标位置，是无源定位中使用最多的一种定位方法。通过移动机载或地面单站的移动，在不同位置多次测量方位，利用方位线的交会进行定位，或者通过空载或地面固定多站的测角系统所测得的指向线交会进行定位。测向交叉定位系统具有全方位、快速、探测距离较远、在受到干扰的情况下仍能正常工作等优点，是目前无源定位方法中发展较早、研究较为成熟、应用较为广泛的一种无源定位技术。俄罗斯、以色列、美国和捷克等国都已有相应军事应用。
2.2二维交叉定位算法原理及误差分析
无源定位显然不限定于平面问题。即使侦察点和目标辐射源都在地面，如果问题所涉及的地域达到几百公里，那么地球的曲率也将成为必须考虑的因素。但是，当目标辐射源以超低空飞行，或者目标飞行高度只有探测距离的百分之一以下时，可以把这种情况近似为平面问题，引入二维定位算法，这时误差比人们想象的要小。在二维交叉定位中，各雷达站通过高精度的测向设备获得辐射源的方位角。根据两个雷达站之间的相对位置和目标辐射源的方位角就可用二线交叉定位演算出目标的二维方位坐标。为了提高定位的精度，可采用多站布局，在此文中以二站布局说明二维交叉定位方法的原理。
两条射线的交叉定位，使用两部雷达建立一条测量基线，如图1所示。设主基地雷达站O的坐标（0，0），可测量雷达站A（，）到O的距离L，以及A相对于O的方位角。M为目标辐射源位置，M（，Y）为其坐标。其中和为雷达测向所探测的目标方位角。由简单的数学推导和三角关系可得出A（，）和M（，Y）的关系。
（1）
（2）其中，
（3）
图1 二维测向交叉定位原理图
测向交叉定位的基础是各观测站实现对目标辐射源的精确测向。受天线接收波束宽度的限制，传统雷达测向精度为，所以当目标距离较远时，定位精度较差。如图2所示。
图2中、为O，A两观测站对目标M的无源探测方向，虚线为测向精度。当目标在四边形EFGH中任意一点分布时，都会被定位在M点。如果测角精度较大或目标较远，四边形EFGH范围较大，目标定位误差较大。
图2 测向精度对定位的影响
定位误差与参数、、、的测量误差、、、有关。
对式（2）求微分可得：
（4）
（5）假设各项测量误差相互独立且服从零均值的高斯分布，即。记，。当测量误差较小时，可以近似地用代替式（4）、式（5）中的d，有
（6）
（7）
（8）
所以定位精度GDOP（Geometric Dilution of Precision）为
（9）2.3双基地三维空间定位算法及误差分析
假定条件如下：
（1）目标距离侦察站较远，暂不考虑地球曲率的影响；
（2）每个测量站的测量结果都相互独立，互不相关；
（3）各测量误差均是0均值、不相关的高斯白噪声；
（4）站址各分量的测量误差之间以及与其他测量误差之间都是相互独立的，并且具有相同的方差值。
设一个双基地系统，对辐射源进行三维测向交叉定位的示意图如图3所示。
图3 三维测向交叉定位方法原理图
分析图3中的几何关系，根据三角关系可得如下方程：
（10）
= （11）
（12）其中，
（13）根据式（11）、（12）、（13）、（14）可以得到方程组：
（14）可简记为：
（15）
