陸基無線電導航干擾源定位技術綜述

摘 要：陸基無線電導航系統應當具備對干擾源進行測向和定位功能。通過對導航臺干擾源定位發展現狀進行分析，總結了干擾定位方法分類、干擾定位體制兩個方面關鍵技術以及典型系統研發情況，最后對發展陸基無線電導航系統干擾源定位技術提出建議。

關鍵詞：無線電導航；干擾源；定位

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.123

1 引言

衛星導航系統信號微弱、公開，導航衛星需要經過長期的研發和發射入軌過程，而陸基無線電導航系統建站成本低，能采用尖端的信號處理手段，在軍事應用方面具有應急性強，抗毀能力強，抗干擾能力強、信號處理能力強的特點。因此，運用陸基無線電導航系統對運載體進行導航保障能增強無線電導航系統的抗干擾能力，增加航行可靠性。按照運載體與導航臺之間是否進行應答，陸基無線電導航系統可分為半自主和自主陸基無線電導航。陸基無線電導航系統運用于軍事領域必然會受到敵對電子干擾的影響，敵對電子干擾的目標包括導航信標臺和導航運載體。尤其，在半自主導航系統中，運載體向導航臺發射呼叫信號時，由于信號功率不夠大，容易遭受壓制型的電子干擾。所以，快速準確地確定電子干擾源的位置，能迅速為陸基導航系統提供決策信息，是陸基無線電導航臺應當具備的能力。

2 干擾源定位方法分類

干擾源定位的目的是確定干擾源的方向和距離。目前，基于導航臺獲取輻射源位置的方法主要有[1-3]：

（1）基于信號到達時間差（Time Difference of Arrival，TDOA）的定位技術；

（2）基于信號到達頻率差（Frequency Difference of Arrival，FDOA）的定位技術；

（3）基于信號到達角（Angle of Arrival，AOA）的測向定位技術；

（4）聯合定位技術，包括時差/頻差聯合（TDOA/FDOA）定位、測向/測頻差聯合定位、測向/測時差聯合定位、測向/測相位變化率聯合定位。

3 干擾源定位體制介紹

基于導航臺的干擾源定位體制主要有以下幾種：單站定位體制、多站組合定位體制等。單站干擾源定位體制利用單個導航站在間對干擾源信號進行接收和處理[4，5]。這種方法一般針對多波束天線的干擾定位開展研究。日本學者Y. Matsumoto、M. Tanaka等提出使用高增益多波束天線的方向性，利用不同波束接收信號強度的差異，實現對干擾源的空間定向。我國學者H. Tsuji和J. Xin等在此基礎之上，利用調制信號與噪聲在周期平穩性方面的差異來區分敵意干擾信號和噪聲。美國的W. Smith和G. Steffes研究了利用導航臺接收天線正反極化的天線間距產生的相位差來實現對干擾源的定位方法。美國學者的R. Wachs提出利用干涉儀天線陣列的相位輸出測量干擾信號的角度，從而實現干擾源定位。利用單站確定干擾源方向之后，可以利用定位方向在空間交匯于一點的原理，計算得到干擾源的實際空間坐標。

三站TDOA定位，又稱為雙曲線定位，它通過處理三個或三個以上的導航臺采集到的信號到達時間測量數據對干擾源進行實時定位。地面或者空中的干擾源信號到兩個導航臺站的到達時間差確定了一對以導航臺為焦點的單葉雙曲面。三個導航臺之中的兩兩導航臺之間確定三個單葉雙曲面，則可得到三個雙曲面交點，再利用先驗信息排除虛假定位點，即可精確地確定干擾源位置。在精確的定位模型下，利用時差信息求解干擾源的位置，需要解決非線性方程組求解的問題。一般而言，時差定位能夠實現比測角交叉定位高出一個數量級的定位精度，它是最佳的基于導航臺的干擾源無源定位方法。

3.1 TDOA干擾源定位原理

位于地面的M個（M≥3）受干擾導航站接收到單個干擾源的干擾信號，由兩兩導航站所接收干擾信號之間的TDOA值能夠確定一個單葉雙曲面，所有的M個單葉雙曲面的交點，即為電磁干擾源的空間位置。這里以三站TDOA定位系統為例，對其原理進行說明。導航站、和采用相同的系統工作時鐘并且具有接收、處理干擾電磁波的能力。通過導航站天線接收到的干擾信號，經過參數估計和相關運算，可確定干擾源信號到達導航站和到達的時間之差，即TDOA值，每個TDOA能夠確定一個位置點集合所組成的單葉雙曲面。我們記、確定的雙曲面為，類似的有雙曲面、。則一般情況下，三個獨立的單葉雙曲面、、與相交于兩個點和。其中，為干擾源的真實位置，為鏡像點，通過先驗知識判斷，可以消除鏡像點得到真實的干擾源位置。

TDOA衛星定位系統的關鍵技術主要包括TDOA參數高精度、快速測量技術；干擾源高精度、快速空間定位算法；導航站空間位置高精度獲取技術，寬帶、高靈敏度偵查接收機技術等方面。這里主要介紹參數測量算法和空間定位算法。

3.2 FDOA干擾源定位原理

類似上述的三站TDOA測定方法，三站FDOA定位中，兩兩導航站通過測量信號的到達頻差，能夠確定三個類輪胎曲面，曲面交點即為干擾源位置。類輪胎曲面B1的定義為干擾源與導航站S1，S2之間多普勒值fdop1，fdop2滿足fdop1-fdop2=fFDOA的點的集合。與TDOA測量類似，曲面B1，B2，B3相交于兩點R和R，利用先驗知識可以消除鏡像點R，得到干擾源的真實空間位置。

與TDOA觀測量不同的是，FDOA測量的是與干擾源信號與導航臺站之間的相對多普勒頻移。國外K.C.Ho利用目標的高程信息來提高地面靜止干擾源的三站TDOA定位及雙站TDOA/FDOA定位的精度；Ha. T. T等提出用三個以上TDOA測量值來簡化計算雙曲線解；Chan. Y. T等提出用二階LS法來減少解的計算量。這幾位學者的努力提高了三站定位體制的應用場景和范圍。

4 典型系統研發情況

國外研究情況如下[6]，英國國防評估研究局（DERA）利用TDOA和FDOA測量原理，與Matrix公司合作，所研制的干擾源定位系統NavID，其對距離200～800公里距離干擾源目標的定位誤差為1公里以內；美國Interferometrics公司所研制的商業化干擾源定位系統TLS Model 2000，定位誤差不詳；法國于2004年研制成功Hyperloc干擾源定位系統，它的定位誤差一般為幾十公里。

我國的導航臺干擾源無源定位技術起步較晚，1980年代初才開始這方面的理論研究，研究方向集中于多站測向協同定位法。西南電信技術研究所于2002年開始系統性研究干擾源定位系統的原理及關鍵技術，并在同年開始研制實用的干擾源定位系統SatILS。SatILS采用雙站TDOA/FDOA定位體制。2010年正式投入使用。該系統技術成熟，設計合理，干擾源定位精度較高。

5 總結與展望

陸基導航系統干擾源定位技術的分類方法如下：從幾何定位原理劃分可分為曲面交匯定位法、多站測向空間交匯定位法，從定位觀測量劃分可分為測時差、測頻差和測幅度法，通過對觀測量的處理可以得到干擾信號的入射角度和空間位置；從干擾定位所需的導航臺數量劃分可分為單站定向和多站聯合定位。陸基導航系統干擾源定位技術是一項復雜的、涉及面廣的技術，需要從系統建設的角度綜合考慮。應深入開展陸基導航系統干擾定位技術的研究，包括軟件無線電技術、數字信號處理技術、高靈敏度微波測量技術、微電子技術等在陸基導航系統干擾源定位技術中的應用和研究。

參考文獻：

[1]周鴻順.干擾源的定位技術和手段[J].中國無線電管理，2001， vol.7：30-31.

[2]李集林.干擾源定位系統.衛星通信廣播電視系統抗干擾技術研討會[C].航天科技集團503所，2002：67-73.

[3]孫正波，瞿文中，葉尚福.干擾源定位參數誤差分析與處理[J]. 電信技術研究，2004，Vol.42，No.5：1-7.

[4]Torrieri D.j.Statical theory of passive location system[J].IEEE Trans.on AES.1987，AES-20（03）：183-198.

[5]王雪瑩，盛衛東，安瑋.一種單星對地同步軌道衛星的僅測角定位跟蹤算法[J].電子對抗，2011，138（03）：6-10.

[6]龍寧.無源定位原理及精度分析[J].電訊技術，2011， 51（06）：17-20.

作者簡介：彭海（1988-），男，上海人，碩士，工程師，主要從事衛星導航定位研究。