无源探测定位技术上的若干突破——中国电子科技集团公司郁涛研究员

2018-12-04

无线电定位是一种利用电波确定目标位置的方法。中国电子科技集团某研究所郁涛研究员多年来一直从事无线电定位技术研究，已发表相关学术论文100余篇，出版一本由国家重点出版基金资助的学术专著《无源探测定位技术》（已由国防工业出版社出版），取得了若干具有突破性的研究成果。

一、多站程差定位方程的解析分析及潜在的应用

在二维平面上基于程差测量的无源定位问题，一般至少需要利用3个或更多个测量站采集数据，以得到辐射源到各测量站之间的距离差，现有的方式是利用这些距离差构成一组关于辐射源位置的非线性双曲线方程组，通过求解该双曲线方程组就可以得到辐射源的坐标位置。传统求解非线性方程组的方法建立在迭代运算和线性化的基础上，需要对辐射源位置进行初始估计，所以这种求解方法的精度较强地依赖于初始位置估计是否准确。当初始估计较差时，不一定能得到收敛解，同时这种估计方法的运算量也很大。此外，在定位解算过程中，由于双曲线交叉有时会出现定位模糊，寻求去除定位模糊的方法也是程差定位处理中需要解决的问题。

郁涛的研究结果表明，对于平面多站定位问题，若在程差测量的基础上，进一步利用平面几何关系构造辅助方程，即可获得线性方程组。进一步在线性解的基础上可得到两个很有意义的结果：

1．对一维双基测向解进行简化分析可得到一个长短基线都适用的单基中点测向式；

2．对一维双基测向解进行变量置换可得到相邻程差之间所存有的类似于等差级数的特性。

随后的研究表明，通过综合应用单基中点测向解和相邻程差等差特性，一是能实现平面双站时差定位，二是能虚拟扩展基线提高实测双站测向交叉定位精度。若仅利用单基中点测向法，则通过时差与角度之间的关系，可实现双机时差定位，并可得到比平面三机协同时差定位更好的测量精度。

二、无模糊相差定位

由于相差测量存有周期模糊性，所以在观测过程中，所获得的观测量本身就包含有未知的整周数差值，并且未知参量还随着观测量的改变而变化不定，因而直接从数学方程出发，相差定位方程是不可求解的。

如假定相差观测量不存有未知的参量，则理论分析表明，基于相差测量的定位体制能够利用短基线就可实现较高的定位精度，因而相差定位具有很重要的应用价值。郁涛通过研究基于相差变化率的无相位模糊检测方法间接给出了实现相差定位的方法。其中最重要的发现是在波长整周数差值的差分和相差差分之间存有互为相关的跳变，并且基于这种跳边规律，在未知波长整周数差值的情况下，仅基于相差测量值即可直接求得相差变化率。此具有突破性的研究结果为相差定位的工程应用奠定了极为重要的基础。

事实上，诸多运动学定位参数都能转化为与相差变化率以及测向角相关的函数，因此，一旦相差变化率的测量能与未知的波长整周数差值无关，则意味着诸多运动学定位参数都能通过无模糊相差测量而被确定。

三、固定单站纯方位目标运动参数的解析方法

对固定单站纯方位目标运动参数解析方法的研究已有60多年的历史，通过引入自时差测量方程，并充分利用简单的平面几何关系，完整地给出了固定单站纯方位无源定位的解析计算公式，且通过一次迭代计算，即能消除计算过程中所存有的病态特性，获得准确的计算结果。此外，通过对固定单站纯方位目标定位问题的解析分析还给出了相邻距离不等时移动目标航向角的检测方法。在已有的固定单站无源定位系统对目标航向的纯方位估计的推导过程中存有在相邻的目标飞行距离必须相等的附加条件，这极大限制了工程可应用性。通过综合利用几何关系和单站自时差方程，即可给出确定目标相邻飞行距离之比的时差等值关系，进而导出基于时差与方位测量信息求解相邻飞行距离不等时目标航向角的计算式。

四、双机对机动目标的位置和运动参数的实时探测方法

通过综合应用测向和测频技术，探索出了双机对机动目标的位置和运动参数的实时探测方法。使动目标的位置、速度和加速度矢量都能以解析方式直接表达的原因，除多普勒频移同时是位置和运动状态的函数的特性之外，还应归结于基于测向技术的角度变换等若干技巧性方法。首先，通过采用恰当的角度变换，将目标前置角改为由测站的方位探测角和未知的目标瞬时运动的方向角所表示，并利用相邻站间的多普勒频移之比即可消去未知的目标速度，从而解出目标瞬时运动的方向角；然后，将角度逆变换得到目标前置角之后，利用频移方程即可解出目标的速度矢量。对二维平面上机载多基地雷达的初步分析表明多普勒-方位角组合定位系统对目标速度矢量的探测并不直接依赖于位置参数的测量。模拟分析表明尽管瞬时方位角存有区域模糊性，但除了在基线轴线方向之外，速度矢量的解析式在整个平面上则是唯一不变的和正确的。

五、无需知道任何基线长度的双机外辐射源协同定位法

给出了一种借助外辐射源的双机协同定位法。其最显著的特点是既不需要知道探测站与辐射源之间的基线长度，也不需要知道双机之间的基线长度。