一種利用運動外輻射源的無源探測處理方法

王 燁，楊金超

(1.海軍裝備部，四川 成都 610036； 2.西南電子設備研究所，四川 成都 610036)

0 引 言

基于外輻射源的無源探測定位(PCL)技術(也稱外輻射源探測技術)是指利用非合作輻射源信號，從接收到的目標對輻射信號的散射回波中提取目標信息，實現對目標的探測定位?；诜呛献鬏椛湓吹臒o源探測系統具有隱蔽性好、戰場生存力強和成本低等諸多優勢，相關領域的技術研究和應用受到國內外學者的廣泛關注。以洛克希德·馬丁公司的“沉默哨兵”系統為典型代表，基于調頻廣播信號、數字電視廣播(DVB-T，DTMB)的無源探測定位系統[1-3]的研究已趨于成熟。

近年來，基于運動平臺的無源探測定位成為該體制無源探測技術的一個重要發展方向。國外的華沙工業大學(WUT)，英國倫敦大學學院(UCL)和新加坡南洋理工大學(NTU)在這一領域展開了相關工作，并基于機載或車載平臺開展了試驗驗證，取得了一些有價值的成果[4-6]。

本文主要針對該體制利用運動外輻射源，介紹了外輻射源探測技術的定位原理以及性能評估方法，分析了利用運動外輻射源實現無源探測定位與傳統基于靜態輻射源的無源探測的主要區別，提出了利用運動外輻射源的信號處理方法，并通過仿真試驗，驗證了所提方法的有效性。

1 定位原理

外輻射源探測技術是通過接收的非合作照射源直達信號與目標對照射信號的散射回波的互相關輸出結果來檢測目標，得到目標對應的時間延遲、多普勒頻移等信息，再利用測向對目標實現無源定位和跟蹤?；诶眠\動外輻射源的無源探測的原理如圖1所示，此時，外輻射源可以在運動的車輛或者飛行平臺上進行輻射。

圖1 定位原理

由圖1可知，針對每一節拍的處理，運動外輻射源持續照射目標，對于每一節拍的定位處理可以采用1個時差橢圓與1條側向線交叉的方式實現對目標位置信息的獲取。

對于每一個節拍的處理，雙基地雷達方程[1]同樣適用，系統接收到的目標回波的信號功率如下：

(1)

可評估在運動輻射源等效發射功率PER為15 kW，信號頻率f為500 MHz，σ為民航飛機RCS取10 m2，接收增益GR為22 dB，損耗L為3 dB，利用此運動外輻射源，在系統靈敏度Smin為-148 dBm/8 MHz時，對目標的作用距離可達150 km以上。

2 方法研究

由上一章節的介紹可知，傳統外輻射源探測的基本原理以及性能評估方法同樣適用于利用運動的外輻射源，但是由于外輻射源由靜止狀態變為了運動狀態，傳統的處理方法不再完全適用，需要針對運動外輻射源的新狀態，研究適應性方法。

這其中最重要的區別在于，對于靜止外輻射源，靜止地物雜波的多普勒為零，容易與多普勒不為零的運動目標區分，從而通過雜波抑制，實現目標檢測。而對于運動外輻射源，由于運動輻射源的運動狀態的變化，靜止的地物雜波的多普勒不再為零，傳統針對靜止雜波的對消方法不再適用。本文提出基于雜波預測的逐級聯合對消方法實現對運動雜波的有效抑制，其處理流程如圖2所示。

圖2 處理流程

圖2中，回波信號包含了強雜波以及有用的微弱目標信號，通過利用參考信號進行逐級聯合對消得到對消后的回波信號。此時，影響微弱目標檢測的大部分雜波可被有效抑制。此后，對消后回波信號與參考信號進行二維相關處理，然后利用相關結果進行目標檢測，數據處理部分可對剩余雜波進一步抑制，最后呈現目標航跡結果。

與傳統的利用靜態外輻射源無源探測系統信號處理不同，為了利用運動外輻射源，信號處理流程增加了基于場景的雜波預測，并改進了傳統雜波對消方法，傳統抑制靜態雜波的對消方法替換為基于雜波預測的逐級聯合對消方法。

在本文的應用場景中，固定的無源接收節點位置已知，可根據運動外輻射源的位置、運動狀態，結合簡單的環境地形地貌信息，根據電磁波散射與傳統特性，對于確定的地物散射點，其時間延遲、多普勒等參數可通過計算獲得?；趫鼍暗碾s波預測結果可指導后續的雜波對消處理，逐級聯合對消雜波預測信號，實現雜波的聯合對消處理，從而實現動雜波的有效抑制。

3 仿真結果

仿真場景如圖3所示。

圖3 信號同步輸出結果

仿真場景中，圓圈表示無源接收節點，其設置位于坐標系的中心原點處，其運動狀態為靜止狀態；星型符號表示輻射源，位置在圖3坐標系中[25 km，-25 km，2 km]，其運動狀態為[-200 m/s，0 m/s，0 m/s]；實心點表示地物雜波所在位置，其運動狀態設定為靜止狀態。

基于簡單的環境地形地貌信息，根據運動輻射源的位置、運動狀態以及無源接收系統的位置，可對地物雜波在距離-多普勒維度的分布特性進行預測計算。如圖4所示，給出了在圖3特定場景下地物雜波的分布特性。由圖3可知，該場景下，雜波分布在較為確定的多普勒-時延位置，且分布與所處角度相關。

圖4 地物雜波分布特性

首先，本文給出傳統對消的處理結果作為對比，如圖5所示。圖中灰色部分為處理前信號頻譜，黑色部分為處理后信號頻譜，對消后對消比18.81 dB(對消比定義為對消前信號能量減去對消后信號能量)。由圖5可知，對消后還有一定的雜波剩余將影響微弱目標的檢測。

圖5 傳統方法對消比

針對預測的地物雜波距離-多普勒維度的分布特性，設置級聯綜合對消得相應參數，本文所提基于雜波預測的逐級聯合對消處理結果如圖6所示，此時對消比提高到23.78 dB，同樣，灰色部分為處理前信號頻譜，黑色部分為處理后信號頻譜，對比圖5，對消比提高了4.97 dB，對消后信號更為平坦，可見雜波基本已經對消干凈。

圖6 所提方法對消比

二維相關后目標檢測維度的結果如圖7所示(該仿真數據中加入了1個目標信號)。由圖7可知，經本文所提方法處理后，二維相關結果中目標清晰可見，可實現目標的檢測。

圖7 目標探測結果

4 結束語

本文首先介紹了利用外輻射源照射的無源探測定位的基本概念、基本原理以及外輻射源探測向運動平臺發展的趨勢，然后重點論述了利用運動外輻射源的應用場景，詳細介紹了基于雜波預測的逐級聯合對消實現目標檢測的信號處理流程。本文利用仿真數據通過信號處理新方法實現微弱目標檢測，驗證了在運動外輻射源應用場景下，所提信號處理方法的適用性和有效性，從而為在實際環境中實現該應用場景下的目標探測和定位奠定了基礎。