外輻射源雷達(dá)目標(biāo)定位與跟蹤方法研究.pdf

1、外輻射源雷達(dá)又稱無源相干定位雷達(dá)(passivecoherentlocationradar，PCL)，是一種新體制雷達(dá)。與傳統(tǒng)雷達(dá)不同，外輻射源雷達(dá)自身并不向外輻射電磁波能量，而是將第三方輻射源（如調(diào)頻廣播、電視臺(tái)、手機(jī)GSM基站和GPS衛(wèi)星等）信號(hào)作為照射源，僅靠被動(dòng)接收目標(biāo)的反射信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測。外輻射源雷達(dá)憑借被動(dòng)探測的特點(diǎn)，使其不易被敵方發(fā)現(xiàn)，可免遭反輻射導(dǎo)彈的攻擊，具有很強(qiáng)的抗干擾和生存能力；此外，通過借助廣播、電視和通

2、信等信號(hào)的信號(hào)特性，外輻射源雷達(dá)還具有較好的低空探測和反隱身性能。因此，在現(xiàn)如今雷達(dá)外部電磁環(huán)境急劇惡化的情況下，外輻射源雷達(dá)成為有效探測目標(biāo)的一種重要途徑并具有重要的研究價(jià)值。
　　本文對(duì)外輻射源雷達(dá)定位跟蹤中的若干具體問題，如定位精度、收發(fā)站不同配置對(duì)定位與跟蹤的影響、閃爍噪聲對(duì)跟蹤的影響、非線性和非高斯濾波問題、機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤等方面進(jìn)行了深入的研究。論文內(nèi)容可概括為如下六部分：
　　第一部分，介紹了外輻射源雷達(dá)的概念、產(chǎn)

3、生背景及研究價(jià)值，回顧了外輻射源雷達(dá)的發(fā)展歷史及外輻射源雷達(dá)跟蹤的研究現(xiàn)狀。簡介了該雷達(dá)的信號(hào)處理流程，并指出其關(guān)鍵技術(shù)，簡述了外輻射源雷達(dá)的定位原理與方法?；谪惾~斯理論給出了經(jīng)典卡爾曼濾波和擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）的推導(dǎo)過程。指出目前外輻射源雷達(dá)定位與跟蹤中存在的難題，提出基于粒子濾波的外輻射源雷達(dá)目標(biāo)跟蹤思路，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　第二部分，研究了外輻射源雷達(dá)的目標(biāo)定位精度問題。首先對(duì)外輻射源雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)的測量精度進(jìn)行分

4、析，指出影響參數(shù)測量精度的因素；然后推導(dǎo)了基于不同定位方法的目標(biāo)定位精度幾何稀釋（GDOP）的計(jì)算公式，利用GDOP分析了不同定位方法、不同定位體制以及不同雷達(dá)站布局對(duì)目標(biāo)定位精度的影響情況。指出適合外輻射源雷達(dá)的目標(biāo)定位方法與定位體制。
　　第三部分，研究了外輻射源雷達(dá)在非高斯（閃爍）噪聲環(huán)境下的目標(biāo)跟蹤方法。針對(duì)EKF算法的跟蹤精度受閃爍噪聲影響較大的問題，結(jié)合到達(dá)時(shí)間（TOA）定位技術(shù)和粒子濾波，提出一種適于閃爍噪聲環(huán)境的外

5、輻射源雷達(dá)目標(biāo)跟蹤方法。該方法通過多站TOA獲得測量信息，利用高斯分布噪聲和t分布噪聲構(gòu)建了非高斯分布噪聲，采用非線性和非高斯的粒子濾波進(jìn)行跟蹤，避免EKF算法因線性化而帶來的誤差。實(shí)驗(yàn)表明該方法的跟蹤性能優(yōu)于EKF，尤其受閃爍噪聲影響小。實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　第四部分，研究了基于差分演化的粒子濾波跟蹤算法。針對(duì)粒子濾波算法中傳統(tǒng)重采樣方法導(dǎo)致的粒子貧化現(xiàn)象，將種群優(yōu)化的思想引入到粒子濾波的重采樣過程中，把重采

6、樣過程看作是尋找最優(yōu)樣本點(diǎn)的過程，提出一種基于差分演化算法的重采樣方法，利用提出的重采樣方法構(gòu)建了差分演化粒子濾波算法，并將其應(yīng)用到外輻射源雷達(dá)跟蹤中。通過計(jì)算機(jī)仿真對(duì)比了新算法和粒子濾波算法的性能，并分析了影響新算法性能的因素。結(jié)果表明新算法具有更高的估計(jì)精度和運(yùn)算效率。
　　第五部分，研究了改進(jìn)的差分演化粒子濾波跟蹤算法。首先為了能從更加逼近真實(shí)狀態(tài)的分布函數(shù)中采樣，并充分利用最新的觀測信息，采用UKF來產(chǎn)生粒子濾波的重要性分

7、布函數(shù)。另外，在差分演化重采樣方法基礎(chǔ)上，對(duì)差分演化算法在差分變異操作進(jìn)行改進(jìn)，提出四種改進(jìn)的差分演化重采樣方法。然后，基于UKF和改進(jìn)的差分演化重采樣方法，提出了四種改進(jìn)的差分演化粒子濾波跟蹤算法。仿真實(shí)驗(yàn)證明，所提四種改進(jìn)算法在估計(jì)性能上優(yōu)于差分演化粒子濾波和無跡粒子濾波（UPF）。
　　第六部分，研究了閃爍噪聲環(huán)境下的外輻射源雷達(dá)機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法。建立了基于多組TOA測量的外輻射源雷達(dá)機(jī)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型。為了解決閃爍噪聲環(huán)境下