摘 要：陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備對干擾源進行測向和定位功能。通過對導(dǎo)航臺干擾源定位發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，總結(jié)了干擾定位方法分類、干擾定位體制兩個方面關(guān)鍵技術(shù)以及典型系統(tǒng)研發(fā)情況，最后對發(fā)展陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)干擾源定位技術(shù)提出建議。

關(guān)鍵詞：無線電導(dǎo)航；干擾源；定位

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

1 引言

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號微弱、公開，導(dǎo)航衛(wèi)星需要經(jīng)過長期的研發(fā)和發(fā)射入軌過程，而陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)建站成本低，能采用尖端的信號處理手段，在軍事應(yīng)用方面具有應(yīng)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(dǎo)航系統(tǒng)對運載體進行導(dǎo)航保障能增強無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，增加航行可靠性。按照運載體與導(dǎo)航臺之間是否進行應(yīng)答，陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)可分為半自主和自主陸基無線電導(dǎo)航。陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)運用于軍事領(lǐng)域必然會受到敵對電子干擾的影響，敵對電子干擾的目標(biāo)包括導(dǎo)航信標(biāo)臺和導(dǎo)航運載體。尤其，在半自主導(dǎo)航系統(tǒng)中，運載體向?qū)Ш脚_發(fā)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(zhǔn)確地確定電子干擾源的位置，能迅速為陸基導(dǎo)航系統(tǒng)提供決策信息，是陸基無線電導(dǎo)航臺應(yīng)當(dāng)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(dǎo)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(shù)；

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

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

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

3 干擾源定位體制介紹

基于導(dǎo)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(dǎo)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(xué)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(xiàn)對干擾源的空間定向。我國學(xué)者H. Tsuji和J. Xin等在此基礎(chǔ)之上，利用調(diào)制信號與噪聲在周期平穩(wěn)性方面的差異來區(qū)分?jǐn)骋飧蓴_信號和噪聲。美國的W. Smith和G. Steffes研究了利用導(dǎo)航臺接收天線正反極化的天線間距產(chǎn)生的相位差來實現(xiàn)對干擾源的定位方法。美國學(xué)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(xiàn)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(biāo)。

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(dǎo)航臺采集到的信號到達時間測量數(shù)據(jù)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(dǎo)航臺站的到達時間差確定了一對以導(dǎo)航臺為焦點的單葉雙曲面。三個導(dǎo)航臺之中的兩兩導(dǎo)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?qū)崿F(xiàn)比測角交叉定位高出一個數(shù)量級的定位精度，它是最佳的基于導(dǎo)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(dǎo)航站接收到單個干擾源的干擾信號，由兩兩導(dǎo)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(tǒng)為例，對其原理進行說明。導(dǎo)航站、和采用相同的系統(tǒng)工作時鐘并且具有接收、處理干擾電磁波的能力。通過導(dǎo)航站天線接收到的干擾信號，經(jīng)過參數(shù)估計和相關(guān)運算，可確定干擾源信號到達導(dǎo)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(wèi)星定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括TDOA參數(shù)高精度、快速測量技術(shù)；干擾源高精度、快速空間定位算法；導(dǎo)航站空間位置高精度獲取技術(shù)，寬帶、高靈敏度偵查接收機技術(shù)等方面。這里主要介紹參數(shù)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(dǎo)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(dǎo)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，F(xiàn)DOA測量的是與干擾源信號與導(dǎo)航臺站之間的相對多普勒頻移。國外K.C.Ho利用目標(biāo)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(xué)者的努力提高了三站定位體制的應(yīng)用場景和范圍。

4 典型系統(tǒng)研發(fā)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(tǒng)NavID，其對距離200～800公里距離干擾源目標(biāo)的定位誤差為1公里以內(nèi)；美國Interferometrics公司所研制的商業(yè)化干擾源定位系統(tǒng)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(tǒng)，它的定位誤差一般為幾十公里。

我國的導(dǎo)航臺干擾源無源定位技術(shù)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(xié)同定位法。西南電信技術(shù)研究所于2002年開始系統(tǒng)性研究干擾源定位系統(tǒng)的原理及關(guān)鍵技術(shù)，并在同年開始研制實用的干擾源定位系統(tǒng)SatILS。SatILS采用雙站TDOA/FDOA定位體制。2010年正式投入使用。該系統(tǒng)技術(shù)成熟，設(shè)計合理，干擾源定位精度較高。

5 總結(jié)與展望

陸基導(dǎo)航系統(tǒng)干擾源定位技術(shù)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(dǎo)航臺數(shù)量劃分可分為單站定向和多站聯(lián)合定位。陸基導(dǎo)航系統(tǒng)干擾源定位技術(shù)是一項復(fù)雜的、涉及面廣的技術(shù)，需要從系統(tǒng)建設(shè)的角度綜合考慮。應(yīng)深入開展陸基導(dǎo)航系統(tǒng)干擾定位技術(shù)的研究，包括軟件無線電技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、高靈敏度微波測量技術(shù)、微電子技術(shù)等在陸基導(dǎo)航系統(tǒng)干擾源定位技術(shù)中的應(yīng)用和研究。

參考文獻：

[1]周鴻順.干擾源的定位技術(shù)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(tǒng).衛(wèi)星通信廣播電視系統(tǒng)抗干擾技術(shù)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(shù)誤差分析與處理[J]. 電信技術(shù)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(wèi)東，安瑋.一種單星對地同步軌道衛(wèi)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(shù)，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(wèi)星導(dǎo)航定位研究。