一种双基雷达固定目标时域定位方法

摘要

本发明公开了一种双基雷达固定目标时域定位方法：步骤1，建立双基定位系统模型；步骤2，推导单散射点目标的斜距历程；步骤3，推导解调后单散射点目标回波信号模型，并将其离散化；步骤4，构造三维信号匹配矩阵；步骤5，通过回波信号与信号匹配矩阵的运算来估计目标位置，实现目标定位。本发明采用了双基雷达模式，生存能力较强；提出的定位系统的定位精度不依赖于信号带宽，可以采用窄带信号甚至是单频连续波信号，对发射机要求不高，降低了整个系统的成本；定位算法运算复杂度较低，鲁棒性高，有较高的定位精度，可以同时测得观察区域内的多个目标位置。

主权项

一种双基雷达固定目标时域定位方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，建立双基定位系统模型：在二维空间内，目标固定尺寸远小于目标至接收机的距离，并且小于雷达波束宽度，可以看作点目标；接收机和发射机分别绕着各自的转动中心对应做半径为r₁、r₂的匀速圆周运动，其角速度分别为ω₁和ω₂，并且有ω₁≠ω₂；以接收机的转动中心为原点，以接收机转动中心到发射机转动中心的方向为X轴正向在二维空间内建立笛卡尔坐标系；步骤2，推导单散射点目标的斜距历程R得到：R(t)≈R_r0+R_t0‑r₁cos(ω₁t+α₁‑θ₁)‑r₂cos(ω₂t+α₂‑θ₂)其中，R_t0为发射机旋转中心到目标的距离，R_r0为接收机转动中心到目标的距离，θ₁为目标与接收机转动中心的连线与X轴正向的夹角，θ₂为目标与发射机转动中心的连线与X轴正向的夹角，θ(t)＝θ₀+ωt，θ₀为初始角度，ω为接收机旋转角速度，α₁和α₂分别是接收机和发射机在零时刻的初始方位角；步骤3，推导解调后单散射点目标回波信号模型，得到：$s\left(t\right)=\sigma \exp \left\{-j\frac{2\pi }{\lambda }\left(R_{t0}+R_{r0}\right)\right\}\exp \left\{j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_1\cos \left({\omega }_{1}t+{\alpha }_1-{\theta }_1\right)\right\}\exp \left\{j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_2\cos \left({\omega }_{2}t+{\alpha }_2-{\theta }_2\right)\right\}$其中，σ为目标散射强度，λ为信号波长；假设在定位过程中共采样K次，则回波信号离散化形式为：$s\left(k\right)=\sigma \exp \{-j\frac{2\pi }{\lambda }(R_{t0}+R_{r0})\}\exp \left\{j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_{1}cos({\mathrm{k\Delta \omega }}_1+{\alpha }_1-{\theta }_1)\right\}\exp \left\{j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_{2}cos({\mathrm{k\Delta \omega }}_2+{\alpha }_2-{\theta }_2)\right\}$其中，k＝1,2,…,K；步骤4，构造三维信号匹配矩阵：假设用β₁搜索θ₁，用β₂搜索θ₂，在β₁方向将(0,2π]分成M份，则搜索步长为Δβ₁＝2π/M，在方向β₂将(0,2π]分成N份，则搜索步长为Δβ₂＝2π/N，根据离散化的回波信号形式可得三维信号匹配矩阵为：$g(m,n,k)=\exp \{-j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_{1}cos({\mathrm{k\Delta \omega }}_1+{\alpha }_1-{\mathrm{m\Delta \beta }}_1)\}\exp \{-j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_{2}cos({\mathrm{k\Delta \omega }}_2+{\alpha }_2-{\mathrm{n\Delta \beta }}_2)\}$其中，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N；k＝1,2,…,K；步骤5，将回波信号s(k)中的第k个元素与三维信号匹配矩阵g(m,n,k)中的第k页中所有元素相乘来估计方位角对θ₁和θ₂，得到对方位角对θ₁和θ₂的估计分别为β₁和β₂，进而得到对目标位置的估计：实现目标定位，其中，L为接收机转动中心到发射机转动中心之间的距离。