基于时差的同类辐射源信号分选定位方法

马贤同 罗景青 孟祥豪



基于时差的同类辐射源信号分选定位方法

马贤同*罗景青 孟祥豪

(电子工程学院 合肥 230037)

多站电子侦察系统中，多个观测站接收到的脉冲信号的时差信息可用于信号分选和定位。但当多个参数相近的同类辐射源信号在时域和频域都混叠在一起时，会得到大量虚假时差信息。该文结合目标位置信息场定位法，提出基于时差的同类辐射源信号分选定位方法。该方法首先利用时差窗先验信息，将主站与副站的脉冲进行时差和参数匹配提取同类辐射源的时差信息，然后对得到的所有时差利用目标位置信息场定位法确定目标数目和位置，最后利用定位结果确定真实时差，剔除虚假时差，完成信号分选和目标精确定位。仿真实验验证了该方法的有效性和实用性。

信号分选；多目标定位；到达时间差；同类辐射源；目标位置信息场

1 引言

传统的时差分选方法采用统计直方图方法[6]实现，通过形成的超过一定门限的直方峰来判定分选的辐射源数目，但该方法会使高重频辐射源累积出虚假直方峰而产生虚警，会使超低重频辐射源直方峰难以被检测而出现漏警。文献[6]将时差数据转换成直方图的结构，序贯地对各个辐射源进行检测和分选，可以同步解决高重频辐射源和超低重频辐射源给时差分选带来的问题。文献[7]利用测向信息消除高重频辐射源虚假直方峰的影响。文献[8]利用时差相关性依据高重频信息的配对表现剔除虚假时差对[9]。以上分选方法对时差分选都进行了一定的研究和改进，但是，目前对多个在时域频域都混叠在一起的同类辐射源时差分选方法的研究较少。同类辐射源是指辐射源间的载频(Radio Frequency, RF)、脉冲宽度(Pulse Width, PW)、脉冲幅度(Pulse Amplitude, PA)等[10,11]参数都相似，用这些参数无法区分辐射源，例如真实目标与诱饵[12]、执行相同任务的一组舰队等情况。

针对同类辐射源，虽然参数无法区分，但它们的位置一般相距一定的距离。基于这一前提，本文提出了基于时差的同类辐射源信号分选定位方法。利用观测站得到的关于辐射源的真实时差和虚假时差信息，先用目标位置信息场定位法对多个同类辐射源定位，再利用定位结果确定真实时差，剔除虚假时差，最终利用真实时差信息完成辐射源分选和定位。仿真实验验证了该方法的有效性。

2 脉冲列模型

作为示意，主站接收到3个同类辐射源信号脉冲列生成示意图如图1所示。脉冲的参数是不可区分的，用脉冲柱形的高度区别3个目标信号的脉冲，漏脉冲的柱形用虚点填充，干扰脉冲用斜网格填充，漏脉冲不出现在混合脉冲中，干扰脉冲保留在混合脉冲中。由于是同类辐射源，且各辐射源的脉冲是混叠在一起的，只通过一个观测站接收的脉冲信号是无法将信号区分的。

3 同类辐射源时差参数提取

3.1 脉冲参数匹配规则

由于复杂信号参数可能出现捷变、跳变或随机变化，脉间信息关联性弱，观测站接收的同一辐射源的不同脉冲因参数变化差异较大，但多个观测站接收到某一辐射源同一脉冲的参数差异较小。

图1 主站脉冲列生成示意图

3.2 时差提取数学模型

任选一组基准脉冲，计算主站和副站相匹配脉冲间的时差：

图2 基准脉冲示意图

4 目标位置信息场定位法

4.1 定位时差确定

同类辐射源时差提取过程虽然得到了关于目标的所有时差，但对于多目标或复杂信号情况，得到的时差数目可能很多。其中很多时差在时差测量误差允许的范围内实际上可认为是同一个时差，所以要进行配对处理。

聚组后的时差中仍然包含真实时差和虚假时差，且真实时差与虚假时差无法区分。

4.2 目标位置信息场定位算法

对测量得到的每一个时差，计算

代价函数可定义为

4.3 虚假时差剔除

5 仿真实验

仿真场景设置：设侦察系统包括5个观测站，其中1个主站，4个副站，主站位置为[130; 130; 200] km；副站1的位置设置为[120; 150; 190] km；副站2的位置设置为[130; 160; 200] km；副站3的位置设置为[160; 130; 200] km；副站4的位置设置为[150; 120; 190] km。对地面3个同类辐射源目标进行侦察定位，辐射源可能存在的区域设置为[200, 400; 300, 500; 0,0] km。根据观测站和辐射源所在区域范围可确定时差窗。3个同类辐射源目标的参数设置如表1所示。其中ID为目标序号，RF为频率，PW为脉宽，A为脉冲幅度，TOA为到达时间，Tb为脉冲起始时间，PRI为脉冲重复间隔，Loc为目标位置，PN为辐射源的脉冲数。从表1可以看出3个辐射源除Tb, PRI, Loc和PN不同外，其他参数均相同。

脉冲产生过程中，对RF, PW和A分别加上均值为零均方根为2 MHz, 0.2和0.2 dB的高斯噪声并考虑脉冲存在一定丢失。丢失脉冲的情形有两种，一是脉冲幅度小于一定的门限；二是两脉冲在同一频段落入同一信道，且同一信道的前一脉冲后沿与后一脉冲前沿到达时间小于一定门限，则后一脉冲视为丢失，若两脉冲交叠，则后一脉冲丢失，前一脉冲的脉宽相应展宽。以目标E1和E2为例说明同类辐射源虚假时差的产生过程。设E1和E2的脉冲起始时间分别为和, E1的脉冲传输到主站所需时间为, E2的脉冲传输到副站1所需时间为，若满足

则E1和E2脉冲就能满足在时差窗范围内，而产生虚假时差。仿真过程中，观测站和辐射源设定后，和也已确定，只要合理控制脉冲起始时间就能产生虚假时差。

通过表2可以看出，主站与各副站测量得到的时差数目远远多于理论时差，其中包含着大量的虚假时差，用测量时差画出时差定位双曲线如图3所示。

对上述时差测量数据运用位置信息定位法定位，得到的定位效果图如图4所示。

表1辐射源参数表

IDRF(MHz)PW()APRI类型TOA()Loc(km)PN E13000111固定Tb: 0, PRI: 403(320,380)20 E23000111参差Tb: 61, PRI: [270, 386, 491](280,420)30 E33000111参差Tb: 63, PRI: [ 960, 1050, 1160, 1290](300,400)40

表2时差信息()

测量时差理论时差 33.11854.17437.25016.50343.748464.815447.932027.1579 64.04384.69546.494-0.45753.350273.966735.759715.7680 43.61364.69520.16043.42748.747369.650141.859721.4277 53.37973.91463.46726.995**** 48.71269.72947.81115.697**** **35.70521.426**** **41.905*****

注: * 表示没有数据。

图3 时差定位双曲线

图4 位置信息场定位图

表3真实测量时差

目标 143.61364.69547.81126.995 253.37973.91435.70515.697 348.71269.72941.90521.426

通过图4可以确定目标的数目以及各个目标的位置，目标1的位置为(320,381) km，目标2的位置为(281,420) km，目标3的位置为(299,399) km，对应3个目标的真实时差如表3所示。

通过位置信息场定位实现了目标数目未知不可区分多目标定位，将虚假时差剔除，得到了各个目标的真实时差。后续可以对各个目标运用牛顿迭代等方法得到目标更精确的位置。

图5 定位RMSE

6 结束语

本文针对目标数目未知的多个不可区分同类辐射源分选定位问题，结合目标位置信息场定位法，提出了基于时差的同类辐射源信号分选定位方法。该方法利用目标位置信息场定位法定位初步确定目标的数目和位置后，利用定位结果确定真实时差，剔除虚假时差，完成脉冲分选和目标精确定位。仿真实验验证了该方法的可行性和有效性，且便于结合工程实用。不可区分同类辐射源分选定位问题是一个难点和热点问题，文中仿真仅对观测站间距和目标间距都较远的情况进行了实验，当观测站间距或目标间距较近，方法对多目标的分辨能力值得进一步探讨，目标位置信息场定位法在丢脉冲条件下的确定目标初始数目和位置时的虚警和漏警问题也值得进一步研究，这将是下一步重点研究的内容。

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Signal Sorting and Positioning Method for Similar Radiation Sources Based on Time Difference of Arrival

Ma Xian-tong Luo Jing-qing Meng Xiang-hao

(,230037,)

In multiple platform electronic reconnaissance system, Time Difference Of Arrival (TDOA) of the pulse signal received by multiple stations can be used for signal sorting and positioning. However, when multiple emitter signals with similar parameters are mixed together in time and frequency domain, a lot of false TDOA information will be obtained by stations. Combined with Position Information Field (PIF) location method, a signal sorting and positioning method for similar radiation sources based on TDOA is proposed. TDOA information about similar radiation sources is firstly extracted from the pulses of all stations and TDOA window information by matching TDOA and multi-parameter in the proposed method. Then, multi-target’s number and each target’s position are obtained by position information field for target location method based on the TDOA information. Finally, positioning results are used to determine the real TDOA, eliminate the false TDOA, and complete signal sorting and target accurate positioning. Simulation results demonstrate the effectiveness and the practicality of this method.

Signal sorting; Multi-target location; Time difference of arrival; Similar radiation sources; Position information field for target

TN971

A

1009-5896(2015)10-2363-06

10.11999/JEIT141480

2014-11-24；改回日期：2015-07-13；

2015-07-27

马贤同 mxtzhy@foxmail.com

国家自然科学基金(60801044)

The National Natural Sciece Foundation of China (60801044)

马贤同： 男，1987年生，博士生，研究方向为空间信息处理理论与技术.

罗景青： 男，1957年生，教授，博士生导师，研究方向为空间信息处理、阵列信号处理、电子对抗信息处理.

孟祥豪： 男，1987年生，博士生，研究方向为雷达与雷达对抗理论新技术.