单站无源定位问题多种探测模式可测性的理论分析及仿真

摘要

目标运动分析方法（简称TMA）是八十年代被提出来的一种被动定位方法，它以估计目标的运动参数（如距离、速度等）为主要目的。与有源定位技术相比，无源定位方法具有作用距离远、抗干扰能力强、机动性好、掩蔽接收，不易被对方发觉的优点，并且能与其他平台协同使用。 在研究国内外大量文献的基础上，本文对单机无源定位进行了较深入的理论分析。本文首先概括介绍了单观测站对目标进行无源定位的意义及方法，并对国内外单观测站对目标进行无源定位方面的研究进行了介绍。其次是单机纯方位无源定位，提出了一种在三维空间中进行被动目标定位的新的机动方法，即螺旋运动的机动方法，并对它进行了可测性分析，得出了可测的必要条件，并利用有修正增益的卡尔曼滤波算法进行了仿真实验。得出的结论是：采用三维空间中作螺旋运动的机动方式，算法可以在几秒钟内收敛，能够较快得到目标的位置和速度，从而可以很快地实现对目标运动状态的估计。接下来是方位角联合角度变化率无源定位，本章对此进行了可测性的分析并进行了仿真，同时得出了可测性定理的推论。然后是方位联合到达时间无源定位，是通过观测站接收目标辐射源两次TOA(脉冲到达时间)测量之间由于目标运动造成目标与观测站间的径向距离发生变化的信息，对目标进行定位。本章假设目标距离观测站足够远，只用一个观测站，采用方位-到达时间(DOA-TOA)联合定位法来进行无源定位，并对其可测性进行了分析，结论是采用方位-到达时间(DOA-TOA)联合定位，观测机不必做机动就能实现对目标的观测，并且给出了观测机实现对运动目标的位置和速度可测性的充要条件是观测站与辐射源间的方位角和俯仰角的变化率不能同时为零。再然后是方位联合多普勒频率无源定位，对于连续波或者有较长持续时间的目标，除了方位信息之外，还可以测量到达信号的频率。该频率包含了目标与观测站之间相对运动引起的多普勒频移，它反映了距离的变化率。本章对此分析得出了相应的在三维空间中的结论。最后给出了观测系统的两条性质，可应用于考查观测系统可测性强弱，这个问题还有待于进一步研究。