專利名稱：利用導(dǎo)航雷達信號探測低空目標的被動探測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無源雷達技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及海上運動平臺利用導(dǎo)航雷達信號對低空目標的被動探測技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，由于電子進攻技術(shù)的發(fā)展，有源雷達雷達系統(tǒng)正面臨著反輻射導(dǎo)彈、隱身飛機等先進武器，以及綜合電子干擾、低空突防等作戰(zhàn)手段日益嚴重的威脅。因此要提高雷達的生存能力，充分發(fā)揮雷達的效能，必須綜合采用各種對抗措施。在傳統(tǒng)有源雷達領(lǐng)域中，提出了許多對抗四大威脅的措施，包括采用特定設(shè)計的信號波形實現(xiàn)低截獲、提高雷達的機動性防止反輻射導(dǎo)彈的攻擊等。然而，由于地球曲率的 限制使得有源雷達對超低空飛行的巡航導(dǎo)彈的有效探測距離減小，使預(yù)警時間縮短。為實現(xiàn)對低空目標探測而采用的低仰角天線波束配置時，低空目標反射的微弱信號隱藏在地雜波噪聲中，很難分辨。而利用多個接收站截獲的目標自身輻射源所發(fā)射的信號來對目標定位的無源雷達，是對抗反輻射導(dǎo)彈的有效措施。它通過測量目標信號到達各站的時延和到達角參數(shù)，確定輻射源及其載體平臺(目標)的位置。但是當目標采取無線電靜默而不發(fā)射信號時，這種無源雷達將失效。最有前景的對抗措施就是自身不發(fā)射電磁信號，而是利用環(huán)境中為其他目的而發(fā)射的電磁信號在目標上的反射信號，獲得目標回波的多普勒頻移、到達時差及到達角等，從而實現(xiàn)對目標探測和定位的被動雷達系統(tǒng)。這種體制的雷達可以在目標保持“靜默”時，被動接收站仍能對目標進行探測和跟蹤。基于電視DTV或調(diào)頻廣播DAB、Wimax和Wifi局域網(wǎng)信號、GSM手機等信號的陸基被動探測系統(tǒng)的研究取得了顯著的成果，引起了廣泛的關(guān)注。其典型代表是美國研制的“沉默哨兵”，其于1998年10月12日在華盛頓展覽會上首次亮相。到目前為止，已有許多集中于基于廣播電視等信號的陸基被動探測系統(tǒng)問世。然而，相比之下，在外海區(qū)域，由于運動平臺受可利用信號的限制，尚未見到研究艦載、潛載等海上運動平臺的被動探測系統(tǒng)的報道，主要原因是因為在遠離海岸幾百公里的海域幾乎不可能收到廣播電視等民用信號。隨著全球海上航運業(yè)的發(fā)展，國際海事組織MO規(guī)定，為了避免與其他船只及對固定的水面目標相撞，絕大多數(shù)艦船都必須配備導(dǎo)航雷達。目前導(dǎo)航雷達已經(jīng)普及到私人小型船舶上。而在大型貨輪上，必須配備多個不同波段的導(dǎo)航雷達。在各海上繁忙的航道和港口，為了航運的安全，也有配有監(jiān)視海上交通的導(dǎo)航雷達。所有這些平臺上的導(dǎo)航雷達輻射源為艦載、潛載等海上運動平臺實現(xiàn)被動探測和定位提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容
I.要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用導(dǎo)航雷達信號對巡航導(dǎo)彈、超低空飛機等低空飛行器進行被動探測的系統(tǒng)，其可用于艦載、潛載等海上運動平臺對低空或超低空目標的監(jiān)視和預(yù)警。本發(fā)明進一步所要解決的技術(shù)問題是為艦載、潛載等海上運動平臺提供一種利用導(dǎo)航雷達信號對低空或超低空目標的定位方法，其可獲得目標的三維坐標。2.技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)措施提供一種利用導(dǎo)航雷達信號探測低空或超低空目標的被動探測系統(tǒng)，包括非合作導(dǎo)航雷達、被動接收系統(tǒng)、信號信息處理模塊及用于顯示目標定位結(jié)果的地理信息模塊，其中被動接收系統(tǒng)包括用于提取同步和參考信息的直達波通道以及用于接收監(jiān)視空域內(nèi)目標散射信號的偵察通道。提供一種利用導(dǎo)航雷達信號對低空或超低空目標的定位方法，包括步驟
I.被動接收系統(tǒng)對導(dǎo)航雷達的直達信號和目標反射信號的到達角進行測量；2.利用直達波脈沖信號的起伏特性估計導(dǎo)航雷達天線從直達路徑掃描到目標散射路徑的方位角；3.信號信息處理模塊利用直達波通道截獲的導(dǎo)航雷達信號作為參考信號與偵察通道接收的目標反射信號相干處理，獲得目標反射信號相對直達波信號的時延；4.獲取上述測量結(jié)果，解由導(dǎo)航雷達、目標和被動接收系統(tǒng)構(gòu)成的雙基地三角形，便能得到低空或超低空目標的三維坐標；5.在電子地圖上給出目標位置。3.有益效果本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的被動探測系統(tǒng)具有探測區(qū)域廣、定位精度較高、環(huán)境適應(yīng)性較強等優(yōu)點，能為艦載、潛載等海上運動平臺提供遠距離被動探測巡航導(dǎo)彈、超低空飛機等低空、超低空飛行器的能力，能為海上運動作戰(zhàn)平臺提供態(tài)勢監(jiān)視和遠程預(yù)警，極具軍事應(yīng)用價值。
四

圖I是本發(fā)明的被動探測系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)空間立體幾何關(guān)系圖。圖3是本發(fā)明方法的步驟圖。圖4是本發(fā)明目標回波信號的時延和多普勒頻移參數(shù)估計的流程圖。圖5是本發(fā)明具體應(yīng)用結(jié)果的示意圖。圖6是本發(fā)明具體應(yīng)用探測到的目標在電子地圖上的定位結(jié)果。
五具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖I所示，本發(fā)明提供一種利用導(dǎo)航雷達信號探測低空目標的被動探測系統(tǒng)，包括非合作導(dǎo)航雷達輻射源、雙通道被動接收系統(tǒng)、信號信息處理模塊及用于顯示目標定位結(jié)果的地理信息模塊；其中被動接收系統(tǒng)工作頻率調(diào)諧到非合作導(dǎo)航雷達的發(fā)射頻率時，被動接收系統(tǒng)的直達波通道將會檢測到沿基線傳播到達的非合作導(dǎo)航雷達信號，而其目標偵察通道將截獲監(jiān)視區(qū)域內(nèi)目標反射的同源相干信號，然后雙通道被動接收系統(tǒng)截獲的信號傳輸?shù)叫盘栃畔⑻幚砟K，對接收到直達波信號進行分選和對目標回波信號中的直達波干擾進行抑制，并利用信號信息處理模塊對待測目標回波信號的相對時延和多普勒頻移進行測量，與此同時利用分選后的直達波信號的起伏特性對發(fā)射天線從直達路徑掃描到目標散射路徑的方位角Θ t進行估計；然后利用所獲取的目標回波信號的到達角、相對時延、多普勒頻移、直達波信號的到達角、發(fā)射天線方位角Θt信息進行目標定位，并形成目標航跡；最后利用地理信息模塊將目標定位結(jié)果和航跡信息顯示在電子地圖上，形成目標的綜合態(tài)勢圖。如圖2所示，本發(fā)明還提供一種利用導(dǎo)航雷達信號對低空或超低空目標被動定位的方法，具體實施方式
分以下幾個步驟I.雙通道被動接收系統(tǒng)對導(dǎo)航雷達的直達信號和目標反射信號的到達角進行測量;2.利用直達波脈沖信號的起伏特性估計導(dǎo)航雷達天線從直達路徑掃描到目標散 射路徑的方位角；3.信號信息處理模塊利用直達波通道截獲的導(dǎo)航雷達信號作為參考信號與偵察通道接收的目標反射信號進行相干處理，獲得目標反射信號相對直達波信號的時延；4.獲取上述測量結(jié)果，解由導(dǎo)航雷達、目標和被動接收系統(tǒng)構(gòu)成的雙基地三角形，便能得到低空或超低空目標的三維坐標；5.在電子地圖上給出目標位置。以下給出利用導(dǎo)航雷達信號對低空或超低空目標被動定位方法的解析過程。以被動接收系統(tǒng)所在位置為原點，在非合作導(dǎo)航雷達-目標-被動接收系統(tǒng)構(gòu)成的直角坐標系里計算目標位置，其空間立體幾何關(guān)系如圖3所示。圖中，Rt,艮分別為導(dǎo)航雷達輻射源和被動接收系統(tǒng)到目標的距離，目標高度用H表示。0t，(^分別表示目標相對導(dǎo)航雷達的方位角和俯仰角；θρ 分別為目標相對被動接收系統(tǒng)的方位角和俯仰角；θτ, θκ*別為雙基地平面上目標相對導(dǎo)航雷達輻射源和被動接收系統(tǒng)的視角。一般情況下，對于本發(fā)明系統(tǒng)，目標相對被動接收系統(tǒng)的方位角Θ ^和俯仰角Φρ目標回波相對直達波脈沖的雙基地時延τ可以比較準確地獲取。假設(shè)c為光速，則Rt+Rr-L = CT(I)因此，目標可定位的前提條件就是Θ 1和1^二者必須有一個參數(shù)是可測的。由于對于本系統(tǒng)而言，非合作導(dǎo)航雷達的位置信息是先驗未知的，故L是未知參數(shù)。而通過比較導(dǎo)航雷達天線不同波瓣發(fā)射的信號，利用其直達脈沖序列的起伏特性可以估計出方位角Θ t。由圖3所示的空間幾何關(guān)系，利用正弦定理，可得
. . _^__ 及t 丄 _ h廣 sin(6 r-6 ,)_sin 必— sing其中，下標I表示對應(yīng)分量在垂直面的投影，又由圖3，可知Rr = Rr±,(3)
COS <H = Rr 丄 tan Φ r = Rrcos Φ rtan Φ r = Rrsin Φ r(4)Rf1^H2=Rf(5)cos Θ R = cos Φ rcos Θ r(6)
權(quán)利要求
1.利用導(dǎo)航雷達信號探測低空目標的被動探測系統(tǒng)，其特征在于包括非合作導(dǎo)航雷達、被動接收系統(tǒng)、信號信息處理模塊和地理信息模塊； 其中被動接收系統(tǒng)的工作頻率調(diào)諧在非合作導(dǎo)航雷達輻射源的發(fā)射頻率時，高靈敏度的被動接收系統(tǒng)將會檢測到沿基線傳播到達的直達波信號和經(jīng)監(jiān)視區(qū)域內(nèi)目標散射后的目標回波，然后將被動接收系統(tǒng)截獲的信號傳輸?shù)叫盘栃畔⑻幚砟K，得到導(dǎo)航雷達直達信號與經(jīng)目標反射的同源信號間的時延和多普勒頻移，并利用信號信息處理模塊將接收到的目標時延和多普勒頻移信息與直達波和目標回波到達角、發(fā)射視角參數(shù)配對，并解算得到低空或超低空目標的三維坐標、速度、航跡；最后利用地理信息模塊保存信號信息處理模塊每次解算得到的目標位置信息，并在電子地圖上顯示對應(yīng)目標的定位結(jié)果和航跡。
2.如權(quán)利要求I所述的被動探測系統(tǒng)，其特征在于所述的導(dǎo)航雷達信號是S，C或X多種頻段的信號。
3.如權(quán)利要求I所述的被動探測系統(tǒng)，其特征在于所述的導(dǎo)航雷達為海上交通監(jiān)視導(dǎo)航雷達，岸基港口監(jiān)視雷達，商用船載導(dǎo)航雷達。
4.如權(quán)利要求I所述的被動探測系統(tǒng)，其特征在于可以根據(jù)系統(tǒng)的監(jiān)視區(qū)域的調(diào)整自適應(yīng)地動態(tài)選擇所利用的非合作導(dǎo)航雷達。
5.一種利用導(dǎo)航雷達信號探測低空目標的定位方法，包括步驟1.被動接收系統(tǒng)對導(dǎo)航雷達的直達信號和目標反射信號的到達角進行測量；2.利用直達波脈沖信號的起伏特性估計導(dǎo)航雷達天線從直達路徑掃描到目標散射路徑的方位角；3.信號信息處理模塊利用直達波通道截獲的導(dǎo)航雷達信號作為參考信號與偵察通道接收的目標反射信號相干處理，獲得目標反射信號相對直達波信號的時延；4.獲取上述測量結(jié)果，解由非合作導(dǎo)航雷達、目標和被動接收系統(tǒng)構(gòu)成的雙基地三角形，便能得到低空或超低空目標的三維坐標；5.在電子地圖上給出目標位置。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于其同樣能夠探測空中和海面目標，能夠遠距離對飛機、導(dǎo)彈、水面艦艇進行定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用導(dǎo)航雷達信號探測低空目標的被動探測系統(tǒng)，涉及無源雷達領(lǐng)域，包括非合作導(dǎo)航雷達、被動接收系統(tǒng)、信號信息處理模塊及用于顯示定位結(jié)果的地理信息模塊。本發(fā)明還公開了一種利用導(dǎo)航雷達被動定位低空目標的方法，包括步驟1.被動接收系統(tǒng)對直達信號和目標反射信號的到達角進行測量；2.利用直達脈沖估計導(dǎo)航雷達發(fā)射天線從直達路徑掃描到目標反射路徑的方位角；3.利用信號信息處理模塊求得目標反射信號相對直達信號的時延；4.獲取上述測量，解由導(dǎo)航雷達、目標和被動接收系統(tǒng)構(gòu)成的三角形，得到目標的三維坐標；5.在電子地圖上給出目標位置。本發(fā)明具有探測保持電磁靜默的低空目標的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)態(tài)勢監(jiān)視和預(yù)警。
文檔編號G01S13/06GK102819016SQ20111016203
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者張財生, 何友, 唐小明, 宋杰, 李國君 申請人:中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院