基于數字電視信號的外輻射源雷達布站優化研究

王陳澤 李治衛 于得成 張革強 明海鵬

摘要：針對數字電視信號外輻射源雷達的布站優化問題，本文對外輻射源和雷達觀測站的不同布站形式進行理論及仿真分析，仿真結果表明，相對于其他布站形式，Y形布站形式定位精度分布均勻，在一定的定位誤差范圍內覆蓋率最高。

關鍵詞：外輻射源；布站優化；定位精度

中圖分類號：TN958.97 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0095-03

基于數字電視信號的外輻射源雷達定位技術主要是利用數字電視信號作為輻射源，利用目標回波信號及雷達照射源直達波信號獲得時間差、目標方向角等測量值，從而實現待檢測目標空間坐標位置[1]。外輻射源雷達系統反隱身能力強，具備一定的抗干擾能力，利用多個觀測站可提高目標的定位精度，可有效探測低空目標，因此，開展外輻射源目標定位技術研究具有重要的實用價值。外輻射源時差定位系統的定位精度受多種因素的影響，主要影響因素包括各個觀測站的位置、外輻射源的空間位置、目標坐標位置、站址的誤差、系統測量誤差等，因此，觀測站與外輻射源的布站構型對目標空間的定位精度的影響有很大影響，合理布站是實現目標空間位置精確定位的核心[2][3][4]。本文針對有外輻射源直達信號的一發三收體制外輻射源雷達系統，進行布站優化仿真分析研究，分析其二維GDOP圖的分布情況，比較各種布站形式的優劣。

1 數字電視信號

當前，數字電視已成為人們獲取外界信息的手段之一，數字電視廣播具有質量高、強人機互動性、大范圍覆蓋等優點，因而得到快速發展。我國于2006年提出了具有自主知識產權的數字電視國家標準-地面數字多媒體廣播（DTMB），目前已經推廣應用。采用DTMB信號作為雷達照射源，主要基于如下考慮：發射能量高、覆蓋面積比較廣泛、信號帶寬相對來說較寬。DTMB數字電視信號形式是一種復幀結構，主要包括兩部分幀頭和幀體。幀頭部分由PN序列構成，幀體部分共3780個符號：系統信息包括36個符號，數據信息包括3744個符號。DTMB信號有三種結構，如圖1所示。

對DTMB信號進行模糊函數仿真，DTMB信號模糊函數如圖2所示。

由于DTMB信號幀結構中幀頭部分的影響，DTMB信號模糊函數仿真結果中會出現一定的副峰，仿真時設置參考信號的幀頭為零，可消除副峰，由圖可知，DTMB信號具有圖釘型模糊函數，具有較好的分辨特性，因此可以用于外輻射源雷達。

2 時差定位原理

時差定位法又被稱為雙曲線定位法，采用至少三個觀測站采集回波信號，并進行相應的回波信號處理，通過計算三個觀測站回波信號的到達時間差可以得到目標的位置信息。時間差目標定位體制下，觀測站采用兩個天線，其中一個天線接收直達波信號，另一根天線接收目標回波信號，直達波信號與目標回波信號進行比較，通過處理可以獲取這兩個信號的到達時間差，由該時差信息可以決定一個橢球面，三個觀測站可以得到三個橢球面，橢球面的交點即為目標的位置坐標[5]。

在外輻射源雷達定位中，衡量定位誤差大小的指標通常采用定位誤差幾何稀釋度（Geometrical Dilution of Precision， GDOP）來表示，其表達式為：

3 多站布站優化仿真

外輻射源雷達采用一發三收體制，雷達照射源與三個觀測站之間布站成多種幾何構型，針對幾何構型的典型結構，這里考慮Y型構型、菱形構型、梯形構型、平行四邊形構型，進行目標定位誤差分析。通過分析，可以得到各種布站構型的優劣，為后續布站提供參考。參數設置如表1。

雷達照射源與三個觀測站的空間坐標如上表所示，假設目標距離地面高度10km，時間測量誤差為20ns，站址測量誤差為5m，GDOP仿真結果如圖4。

由圖4可見，Y型構型的定位誤差圖大致以雷達照射源為中心，呈現等值圓分布；菱形構型的定位誤差圖呈現橢圓分布，對稱軸為菱形對角線，y軸方向的定位精度低于x軸方向；梯形構型的定位誤差圖呈現橢圓分布，對稱軸為梯形對角線，對角線一側的定位精度低于雷達照射源所在對角線一側；平行四邊形構型的定位誤差圖呈現橢圓分布，對稱軸為平行四邊形對角線，對角線一側的定位精度低于雷達照射源所在對角線一側。

各種布站構型定位誤差小于1.9km的覆蓋率如表2所示。

由表可見，Y型布局定位誤差小于1.9km的覆蓋率為94.1%；菱形布局為61.9%；梯形布局為87.8%；平行四邊形布局為78.9%。因此，采用Y型布站形式定位誤差小于1.9km的覆蓋率最高。

4 結語

本文對基于數字電視信號的外輻射源雷達進行布站優化研究，針對一發三收體制外輻射源雷達，進行布站優化仿真分析，仿真結果表明，相對于其他布站形式，采用Y型布站形式的精度分布均勻，在一定的定位誤差范圍內覆蓋率最高。本文布站優化研究對于實際工程應用具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]萬顯榮，易建新，程豐，等.單頻網分布式外輻射源雷達技術[J].雷達學報，2014，3（6）：623-631.

[2]朱國輝，馮大政，周延.一種多參考接收站下的時差定位算法[J].西安電子科技大學學報，2014，41（4）：31-35.

[3]豐大軍，許錄平，宋詩斌等.利用X射線脈沖星的星間差分聯合定位算法[J].西安電子科技大學學報，2014，41（1）：81-86.

[4]牛超，張永順.基于GDOP的多基地雷達布站優化研究[J].現代防御技術，2013，31（3）：117-123.

[5]寧秀麗.外輻射源時差定位系統最優布站與跟蹤算法研究[D].哈爾濱工程大學，2013.