2.5　双/多基地雷达定位原理

双/多基地雷达的目标定位原理本质上是通过测量距离和、距离差以及方位角，根据雷达发射站和接收站的位置以及连线基线解算三角形，来获得目标位置信息。双/多基地雷达系统采用单发多收的配置，各接收站接收发射站照射到目标后的回波，实现目标探测。由于多个接收站部署位置存在差异，同一目标的观测数据也各不相同，因此，双/多基地雷达通常有一个融合处理中心，该融合处理中心主要接收各个接收站探测的点迹参数，进行融合定位与跟踪，并产生调度反馈任务请求到发射站，发射站根据当前资源安排对应任务。

2.5.1　双/多基地雷达定位方法

与单基地雷达相比，双/多基地雷达对目标的定位要复杂得多。单就目标测距而言，与单基地雷达直接测得目标距离不同，双/多基地雷达接收站只可测量目标与发射站及接收站间的距离和，若发射站也有接收目标回波信号能力，则可构成T/R-Rn型双/多基地雷达系统。该过程增加的T/R站看似有利于提高系统对目标的探测机会，而实际上发射站是很容易被探测而受到干扰的，尤其是当受到距离假目标干扰时，其对真实目标的定位将失效，此时对目标进行定位计算应尽量少用或不用T/R站的目标测量参数。设定多样的目标定位方法可实现双/多基地雷达网的优雅降级（Graceful Degradation），这也是双/多基地雷达系统抗干扰的重要潜在优势。

双/多基地雷达系统中目标定位过程实质上是求解非线性方程的过程，常用方法有加权最小二乘算法（WLS）、简化加权最小二乘算法（SWLS）、约束线性最小二乘算法（CLS）、高斯—牛顿迭代算法、最佳线性无偏估计算法等，其中高斯—牛顿迭代算法因具有算法简单和计算量小等优点，得到广泛应用。此外，交叉定位、三角定位技术，时差、频差定位技术等新型双/多基地雷达目标定位算法已被提出，经仿真结果验证，这些方法均在不同程度上改善了双/多基地雷达定位性能。

双/多基地雷达融合处理单元的主要功能为：接收各个接收站探测的点迹参数，然后进行融合定位与跟踪，并产生调度反馈任务请求到T/R站，T/R站根据当前资源安排对应任务。双/多基地雷达对目标定位的基本数学模型是解空间几何三角形。双/多基地雷达可测量及利用的参数为：距离和、距离差、基线及目标的方位、俯仰角。对目标定位时，应采用不同的参数组合，使得双/多基地雷达具有多种不同的目标定位模型。本节将以典型的双基地雷达为代表，对双/多基地雷达目标定位算法进行建模分析。双基地雷达中目标几何位置关系如图2.8所示。

其中，基线长度为L，T/R站测量的参数为RT、θT、hT，R站测量参数为RS、θR，RS=RT+RR为距离和。

T/R-R三维双基地雷达可测量的参数为RT、θT、hT、RS、θR，RS=RT+RR为距离和，有效的组合方式有10种。角度测量误差对定位精度影响最大。对于发射窄波束、接收宽波束的空域扫描方式，当发射站具有较高的目标角度测量精度时，融合定位应使用发射站的目标角度测量信息。此时只须考虑如下五种组合方式：（φT，θT，RS）、（φT，RT，RS）、（θT，RT，RS）、（θR1，θR2，RS1，RS2）、（φT，θT，RT），通过各种组合方式可获得不同精度的定位方法。

以发射站雷达直角坐标系为定位坐标，发射站T/R空间几何模型如图2.9所示。

方法一：组合φT、θT、RS，用在只有接收站数据或者发射站只有角度数据的情况。

定位方程为

定位结果为

对于地面部署雷达，y始终大于0，可通过该条件去模糊。

方法二：组合φT、RT、RS，即利用两个距离和加一个方位角进行定位。

定位方程为

定位结果为

其中，

对于地面部署雷达，y始终大于0，可通过该条件去模糊，也可利用俯仰角去模糊。

方法三：组合θT、RT、RS，用在发射站和接收站均有数据的情况。

定位方程为

定位结果为

其中，

对于地面部署雷达，y始终大于0，可通过该条件去模糊，也可利用方位角去模糊。

方法四：组合θR1、θR2、RS1、RS2，即利用两个接收站数据进行定位。

定位方程为

对于地面部署雷达，y始终大于0，可通过该条件去模糊。

方法五：组合φT、θT、RT，即利用T/R站数据直接定位。

定位方程为

定位结果为

对于上述多种组合方式条件下的定位结果，我们可以选择定位精度较高的结果进行融合定位，进一步提高定位精度。

其主要步骤为：

（1）将测量参数划分为不同的最小子集，如前所述；

（2）分别求出各子集的定位结果及精度；

（3）在雷达探测区域内各测量单元对比不同定位算法的定位精度，从中选取几组定位精度较高的子集用于融合定位；

（4）利用从步骤（3）中筛选出来的目标定位精度较高的子集所包含的目标测量数据进行融合处理，利用目标定位优化算法（如SWLS等）实现定位优化。

步骤（1）～（3）可脱机进行，即根据系统各站的观测模式，先进行测量子集筛选，以选用几组具有较高定位精度的测量子集。

双基地雷达定位流程如图2.10所示。

T/R-R数据配对主要完成用R站解算T/R站参数并进行比较是否在同一距离分辨单元内，如果满足则配对成功，否则配对不成功。T/R-R定位：先利用距离、距离和、方位角解算目标位置作为初值，再用迭代法求解非线性方程组获得高精度定位结果。T/R单站定位：与单基地雷达相同，进行坐标转换即可。R单站定位：利用R站测量数据和发射波束指向估计目标位置。

2.5.2　多基地雷达融合定位

T/R-R2三基地雷达可视为两个T/R-R双基地雷达联网的结果。首先每个双基地雷达系统对反射回波进行信号处理、点迹提取、坐标对准等处理，获得与该目标有关的在统一的公共坐标系中的观测数据；然后采用上节方法分别在两个T/R-R双基地雷达中定位目标，得到公共坐标系中目标位置的估计值及其误差协方差矩阵；最后通过数据传输网络将各自定位结果传输到中央处理器，在统一坐标系下完成目标位置的融合定位，以及后续关联和跟踪等。在雷达融合站处理器中，通过各种目标匹配算法（如目标角度、距离匹配算法等），判断对来自不同双基地雷达站组合所测得的目标是否属于同一目标。对匹配成功的同一目标，不同站的测量参数再次进行融合处理，以对目标的位置信息进行更好的计算与估计。还可将融合处理后的信息反馈到各个单独的双基地雷达系统中，进行分系统校准等处理。因此三基地雷达定位可以分成两个T/R-R或一个R-R双基雷达分别进行定位，将得到的定位结果分别进行存放。该模型主要考虑一个发射站不具有接收功能或被干扰时无法给出探测信息，只能利用其余两个接收站对目标进行定位。在该条件下接收机获得的参数为：RS1、θR1、RS2、θR2。在典型布站条件下（三站均匀分布在一条直线上或三站构成等边三角形），利用这些参数和雷达位置，也可实现对目标的定位。多基地雷达定位流程如图2.11所示。