基于機(jī)會(huì)輻射源的彈載探測(cè)衛(wèi)星優(yōu)選方法

肖澤龍， 王華， 周鵬， 韓璐霞， 王元愷， 李瀟， 逯暄

(1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院， 江蘇 南京 210094; 2.中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 研究發(fā)展中心， 北京 100076；3.山西大學(xué) 電子信息工程系， 山西 太原 030006)

基于機(jī)會(huì)輻射源的彈載探測(cè)衛(wèi)星優(yōu)選方法

肖澤龍1， 王華2， 周鵬1， 韓璐霞1， 王元愷1， 李瀟2， 逯暄3

(1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院， 江蘇 南京 210094; 2.中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 研究發(fā)展中心， 北京 100076；3.山西大學(xué) 電子信息工程系， 山西 太原 030006)

彈載無(wú)源探測(cè)器由于自身高速運(yùn)動(dòng)，探測(cè)系統(tǒng)幾何配置關(guān)系變化迅捷，衛(wèi)星的選取直接影響系統(tǒng)探測(cè)能力，因此提出相應(yīng)的衛(wèi)星優(yōu)選方法極為重要。針對(duì)該問(wèn)題，以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)衛(wèi)星作為機(jī)會(huì)輻射源，給出了彈載無(wú)源探測(cè)器的分辨力要求；利用雙站模糊函數(shù)和角分辨力公式推導(dǎo)出目標(biāo)分辨力與探測(cè)系統(tǒng)幾何配置間的定量關(guān)系；結(jié)合分辨力要求反推出對(duì)空間幾何配置關(guān)系的約束條件，給出了相應(yīng)的BDS衛(wèi)星優(yōu)選方法。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該衛(wèi)星優(yōu)選方法的可行性和有效性。

雷達(dá)工程； 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)； 彈載； 無(wú)源探測(cè)器； 分辨力； 優(yōu)選方法

0 引言

基于機(jī)會(huì)輻射源的無(wú)源探測(cè)技術(shù)是利用第三方發(fā)射的非合作電磁信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和定位。目前，基于機(jī)會(huì)輻射源的無(wú)源探測(cè)研究主要集中于地基的固定平臺(tái)[1]，少量針對(duì)僅能小范圍慢速機(jī)動(dòng)的車(chē)載平臺(tái)[2]和機(jī)載平臺(tái)[3]，其無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)即可選定輻射源的種類(lèi)和發(fā)射站的位置。

現(xiàn)有研究中各類(lèi)常見(jiàn)民用信號(hào)均曾被選用作為機(jī)會(huì)輻射源。文獻(xiàn)[4]利用GPS全球定位系統(tǒng)、DVB-S數(shù)字衛(wèi)星廣播電視和DVB-T地面數(shù)字廣播電視 3種不同機(jī)會(huì)輻射源混合對(duì)近海多目標(biāo)進(jìn)行了探測(cè)，并發(fā)現(xiàn)利用多種機(jī)會(huì)輻射源比利用單種機(jī)會(huì)輻射源時(shí)無(wú)源雷達(dá)能降低目標(biāo)發(fā)現(xiàn)門(mén)限和虛警概率；文獻(xiàn)[5]提出了一種全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)輻射源雷達(dá)干擾抑制技術(shù)，不僅消除了主基站的干擾，還對(duì)其他同頻基站的干擾進(jìn)行了抑制；文獻(xiàn)[6]給出了一種切實(shí)可行的外輻射源雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)定位性能評(píng)估方案；文獻(xiàn)[7]給出了在機(jī)會(huì)輻射源雷達(dá)系統(tǒng)中選擇機(jī)會(huì)輻射源時(shí)考慮的三原則：輻射源可用性及輻射源功率、輻射源信號(hào)的波形特征和不同的應(yīng)用領(lǐng)域。

當(dāng)基于機(jī)會(huì)輻射源的無(wú)源探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于橫跨多區(qū)域且高速運(yùn)動(dòng)的彈載平臺(tái)時(shí)，機(jī)會(huì)輻射源的選取將變得更為復(fù)雜。由于彈載平臺(tái)在高空高速運(yùn)動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)橫跨多個(gè)區(qū)域工作，造成探測(cè)系統(tǒng)的幾何配置關(guān)系隨時(shí)間快速變化，所以彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)在選取機(jī)會(huì)輻射源時(shí)，除了考慮文獻(xiàn)[7]的三原則外，還需要根據(jù)其所在的空間位置和系統(tǒng)幾何配置關(guān)系，不斷從其所接收的來(lái)自不同方向的同種輻射源中優(yōu)選出最佳輻射源。若僅根據(jù)衛(wèi)星與彈載探測(cè)器間的距離長(zhǎng)短來(lái)選取衛(wèi)星，所選衛(wèi)星信號(hào)未必滿(mǎn)足探測(cè)系統(tǒng)要求。針對(duì)該問(wèn)題，本文在選用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(BDS)作為機(jī)會(huì)輻射源，彈道導(dǎo)彈作為載體，航母作為目標(biāo)的前提下，從探測(cè)目標(biāo)所需分辨率的角度考慮，給出了一種對(duì)機(jī)會(huì)輻射源衛(wèi)星優(yōu)選的方法。

1 基于BDS的彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)幾何配置

基于BDS的彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)的空間幾何配置關(guān)系如圖1所示。無(wú)源探測(cè)器由直達(dá)信號(hào)接收通道和目標(biāo)信號(hào)接收通道組成。在探測(cè)過(guò)程中，一部分BDS衛(wèi)星信號(hào)直接到達(dá)彈載無(wú)源探測(cè)器，成為直達(dá)波，被探測(cè)器直達(dá)信號(hào)通道接收作為參考信號(hào)；另一部分BDS信號(hào)照射在目標(biāo)上，成為照射波，然后被目標(biāo)反射后再到達(dá)無(wú)源探測(cè)器，成為反射波，并被無(wú)源探測(cè)器目標(biāo)信號(hào)通道接收作為目標(biāo)信號(hào)；探測(cè)器在任意時(shí)刻、任意位置至少能接收到4顆或以上BDS衛(wèi)星發(fā)射的直達(dá)波信號(hào)[8]。

圖1 基于BDS的彈載無(wú)源探測(cè)器系統(tǒng)空間幾何配置圖Fig.1 Space geometric configuration of missile-borne passive detector based on BDS

圖1中：輻射源為BDS衛(wèi)星，RT是BDS衛(wèi)星到目標(biāo)的距離，RR是目標(biāo)到無(wú)源探測(cè)器的距離，且R=RR+RT可由探測(cè)器目標(biāo)信號(hào)接收通道測(cè)得；L是BDS衛(wèi)星到無(wú)源探測(cè)器的距離，可由探測(cè)器直達(dá)波接收通道測(cè)得；θR是直達(dá)波與目標(biāo)反射波之間的夾角，可由陣列天線測(cè)得；vm是導(dǎo)彈速度，φ是導(dǎo)彈速度與無(wú)源探測(cè)器和目標(biāo)之間連線的夾角，vt是目標(biāo)速度，β是雙基角，φ是目標(biāo)速度與雙基角二分線的夾角。

2 基于BDS的彈載無(wú)源探測(cè)器的最大可探測(cè)距離及目標(biāo)分辨力分析

2.1 最大可探測(cè)距離

BDS衛(wèi)星距地面20 000～35 000 km，到達(dá)地表的信號(hào)強(qiáng)度僅為-144.5 dBW，經(jīng)目標(biāo)反射后的回波信號(hào)更弱。基于衛(wèi)星輻射源的雙基地雷達(dá)的最大探測(cè)距離公式[9]為

Rmax={(ρ0AσΔfπτk)/(ρrλ2G)}1/2,

(1)

式中：ρ0是接收機(jī)輸入端平均信噪比；A為接收天線有效面積；σ為目標(biāo)雷達(dá)散射截面積(RCS)；Δf為接收機(jī)帶寬；τk為接收機(jī)相關(guān)積分時(shí)間；λ為BDS衛(wèi)星信號(hào)載波波長(zhǎng)；G為天線增益；ρr為在給定的檢測(cè)概率PD和虛警概率PF約束下要求的信噪比，其計(jì)算公式為

ρr=ρ1(PD,PF)+Li(ρ1,NH)+Lf(PD,PF)/NH-10lgNH,

(2)

式中：ρ1為待檢測(cè)信號(hào)的單脈沖信噪比；NH為最大非相干采樣數(shù)；Li為非相干積累損耗；Lf為慢目標(biāo)起伏損耗。此外，根據(jù)相關(guān)接收機(jī)理論，接收機(jī)的靈敏度為

ρs=kT0Na/τk,

(3)

式中：k是玻爾茲曼常數(shù)；T0是絕對(duì)溫度；N是接收機(jī)噪聲系數(shù)；a是信號(hào)識(shí)別系數(shù)。

本文選用靈敏度為-165 dBW的接收機(jī)，取信號(hào)識(shí)別系數(shù)為32，則由(3)式可知τk為0.010 1 s. 為了保證能檢測(cè)出目標(biāo)接收機(jī)輸入端信噪比，ρ0取20 dB. BDS接收機(jī)天線增益為25 dB，天線有效面積為0.36 m2，最大非相干采樣點(diǎn)數(shù)取112，接收機(jī)帶寬取BDS信號(hào)帶寬為8 MHz，BDS衛(wèi)星信號(hào)載波波長(zhǎng)0.12 m. 在檢測(cè)概率PD=0.90、虛警概率PF=1.155×10-6的條件下，航母目標(biāo)RCS取5 000 m2[10]，則由(1)式、(2)式可計(jì)算出：ρr=-1.5 dB，最大可探測(cè)距離Rmax=120 km，且總積累時(shí)間T=1.13 s，滿(mǎn)足一般戰(zhàn)術(shù)要求。

2.2 目標(biāo)分辨力分析

目標(biāo)分辨力是指兩個(gè)具有大致相等回波幅度和任意恒定相位的目標(biāo)在角度、距離、速度上能被區(qū)分的程度，是雷達(dá)系統(tǒng)的一種固有能力。

2.2.1 距離分辨力與速度分辨力

模糊函數(shù)是研究目標(biāo)距離分辨力和速度分辨力時(shí)有效的數(shù)學(xué)工具。本文選用BDS信號(hào)的粗碼作為輻射源分析本系統(tǒng)雙站模糊函數(shù)。

由基于BDS的彈載無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)空間幾何配置關(guān)系中已知的條件參數(shù)計(jì)算出本系統(tǒng)的雙站模糊函數(shù)[11]為

(4)

式中：RRH、vtH為模糊函數(shù)中的距離和速度變量；RRa、vta、L、φ、φ是初始條件下的參數(shù)，屬于常數(shù)；τa、τH為目標(biāo)信號(hào)時(shí)延；fa、fH為目標(biāo)信號(hào)多普勒頻移；下標(biāo)a、H分別表示目標(biāo)初始參數(shù)值和t時(shí)刻參數(shù)值。X=a,H,τX(jué)、fX的表達(dá)式為

(5)

式中：fL是BDS信號(hào)載頻；c為光速。

假設(shè)系統(tǒng)初始參數(shù)為RRa=120 km,vta=90 m/s，φ=0°,φ=45°,聯(lián)合(4)式、(5)式在不同θR的條件下仿真BDS信號(hào)的模糊函數(shù)，并得到雙站模糊函數(shù)圖如圖2所示。

圖2 BDS信號(hào)在不同θR下的雙站模糊函數(shù)圖Fig.2 Graph of bistatic ambiguity function of BDS signal at different θR

由圖2中可知：基于BDS的彈載無(wú)源探測(cè)器的距離分辨力和速度分辨力與θR是呈正相關(guān)的：隨著θR增大，無(wú)源探測(cè)器的速度分辨力和距離分辨力均越來(lái)越好。

2.2.2 角度分辨力

由于收發(fā)分置，雙基地雷達(dá)不便于直接使用角度參數(shù)來(lái)表示目標(biāo)的分辨角。在雙基地雷達(dá)中，角度分辨力是用方位向分辨率進(jìn)行表示，其定義式為

(6)

式中：Δθr為接收天線單程方向圖半功率波束寬度；d是天線物理直徑。代入系統(tǒng)參數(shù)則有

(7)

由(7)式可知：無(wú)源探測(cè)器的方位向分辨率是與θR呈正相關(guān)：當(dāng)RR一定時(shí)，隨著θR增大，無(wú)源探測(cè)器的方位向分辨率越來(lái)越好。

3 探測(cè)器軌跡分段及各階段探測(cè)目標(biāo)所需分辨力要求

彈道導(dǎo)彈命中目標(biāo)的過(guò)程分為自控飛行段和自導(dǎo)飛行段。自導(dǎo)飛行段開(kāi)始后，探測(cè)器開(kāi)始捕捉目標(biāo)。從圖3可知，彈載無(wú)源探測(cè)器從開(kāi)機(jī)至擊中目標(biāo)可分為3個(gè)階段：搜索階段、跟蹤階段、識(shí)別階段。

圖3 導(dǎo)彈自導(dǎo)飛行段分段圖Fig.3 Missile homing flight segment

本文以某航母設(shè)為目標(biāo)為例，在作戰(zhàn)模式下的典型航母編隊(duì)隊(duì)形[12]中，護(hù)衛(wèi)艦分布在以航母為圓心的兩個(gè)圓上，內(nèi)層圓半徑一般為8～10 n mile，外層圓的半徑通常為50 n mile，此外，還有一艘快速戰(zhàn)斗支援艦在離航母約為5 n mile左右待命支援。一般情況下，航母戰(zhàn)斗群中的所有戰(zhàn)艦以相同速度同向行駛，并且行駛速度遠(yuǎn)小于導(dǎo)彈速度，因此本文不考慮速度分辨力的影響。

無(wú)源探測(cè)器在不同階段對(duì)目標(biāo)分辨力要求不同。搜索階段：無(wú)源探測(cè)器以±φ(0<φ<90°)的范圍在方位向進(jìn)行橫掃，輔以導(dǎo)彈前進(jìn)的速度形成一個(gè)扇環(huán)形的搜索區(qū)域。本階段僅需探測(cè)航母戰(zhàn)斗群的位置，對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)分辨力要求不高。綜合權(quán)衡目標(biāo)分辨力和對(duì)目標(biāo)的定位精度，在本階段無(wú)源探測(cè)器的距離分辨力和方位向分辨率應(yīng)優(yōu)于16 n mile(29.6 km)。

跟蹤階段：無(wú)源探測(cè)器鎖定航母戰(zhàn)斗群并保持跟蹤狀態(tài)，因此對(duì)無(wú)源探測(cè)器的分辨力要求與搜索階段的要求相同，即距離分辨力與方位向分辨率均應(yīng)優(yōu)于16 n mile(29.6 km)。

識(shí)別階段：為保證能在航母戰(zhàn)斗群中區(qū)分出航母，無(wú)源探測(cè)器需將航母與其距離最近的戰(zhàn)斗支援艦區(qū)分開(kāi)，因此無(wú)源探測(cè)器的距離分辨力和方位向分辨率均應(yīng)優(yōu)于9.26 km.

4 BDS衛(wèi)星優(yōu)選原則

4.1 探測(cè)器系統(tǒng)的空間幾何配置約束條件

由2.2節(jié)分析可知，在不同階段，需要根據(jù)目標(biāo)分辨力與探測(cè)系統(tǒng)幾何配置間的定量關(guān)系來(lái)對(duì)無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)的幾何配置關(guān)系進(jìn)行約束。

定量研究目標(biāo)距離分辨力和速度分辨力時(shí)通常采用-3 dB(半功率點(diǎn))模糊度圖，該模糊度圖即顯示出距離分辨力和速度分辨力的大小。由計(jì)算仿真得出的圖4可知，距離分辨力和速度分辨力均隨著θR的增大而越來(lái)越好，并且從θR≥20°開(kāi)始，距離分辨力就達(dá)4.9 km，遠(yuǎn)滿(mǎn)足無(wú)源探測(cè)器在各階段的分辨力要求，因此主要依據(jù)方位向分辨率對(duì)不同階段的探測(cè)系統(tǒng)幾何配置關(guān)系進(jìn)行約束。

圖4 距離分辨力和速度分辨力與θR的關(guān)系Fig.4 Relationship among range resolution， velocity resolution and θR

搜索階段與跟蹤階段：無(wú)源探測(cè)器方位向分辨力應(yīng)優(yōu)于16 n mile，探測(cè)器開(kāi)機(jī)點(diǎn)離目標(biāo)的距離按最大探測(cè)距離計(jì)算，代入(8)式，獲得方位向分辨率與θR間的定量關(guān)系，如圖5中實(shí)線所示。為保證在該兩階段無(wú)源探測(cè)器的方向位分辨率ΔR≤29.6 km，則應(yīng)有θR≥104°. 同理在識(shí)別階段：方位向分辨率應(yīng)優(yōu)于5 n mile，彈道導(dǎo)彈一般在距離目標(biāo)約45 km處便開(kāi)始進(jìn)入識(shí)別階段[13]，即取RR=45 km代入(8)式，其結(jié)果如圖5中虛線所示。為了保證無(wú)源探測(cè)器在該階段的方位向分辨率ΔR≤9.26 km，則應(yīng)有θR≥143°.

圖5 不同階段時(shí)方位向分辨率與θR的關(guān)系Fig.5 Relation of azimuth resolution and θR at different stages

4.2BDS衛(wèi)星優(yōu)選

BDS衛(wèi)星采用2000中國(guó)大地坐標(biāo)系(CGCS2000)，坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)可用坐標(biāo)(Bg,Lg,Hg)或者(X,Y,Z)表示，Bg、Lg、Hg分別表示大地緯度、大地經(jīng)度和大地高程。兩種坐標(biāo)相互間的關(guān)系轉(zhuǎn)換式[8]為

(8)

式中：M=a/W,W=(1-e2sin2Bg)1/2,e2=(a2-b2)/a2，a、b分別是CGCS2000定義中CGCS2000橢球的長(zhǎng)半徑和短半徑。

基于BDS的彈載無(wú)源探測(cè)器在進(jìn)行BDS衛(wèi)星優(yōu)選時(shí)，不同階段可利用的已知條件不同，對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的幾何配置關(guān)系約束也不同。

搜索階段：導(dǎo)彈沿著水平方向直線飛行，同時(shí)無(wú)源探測(cè)器以速度矢量vm為中軸線進(jìn)行±φ的扇環(huán)搜索。無(wú)源探測(cè)器在本階段時(shí)探測(cè)系統(tǒng)幾何配置關(guān)系如圖6所示。

圖6 搜索階段探測(cè)器系統(tǒng)幾何配置關(guān)系Fig.6 Geometric configuration of detector system in search phase

無(wú)源探測(cè)器位置A點(diǎn)(Bg0,Lg0,Hg0)可由BDS信號(hào)測(cè)得。另設(shè)O′點(diǎn)(Bg1,Lg1,Hg1)、F″點(diǎn)(Bg2,Lg2,Hg2)、G″點(diǎn)(Bg3,Lg3,Hg3)，經(jīng)過(guò)(8)式轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)分別為A(X0,Y0,Z0)、O′(X1,Y1,Z1)、F″(X2,Y2,Z2)、G″(X3,Y3,Z3)，且有Hg1=Hg2=Hg3，Bg1=Bg0，Lg1=Lg0.AF=Rmax且Rmax、vm和Δθr均可由探測(cè)系統(tǒng)給出，vmOXY是vm在OXY平面的分量，則由幾何關(guān)系可知扇面區(qū)域O′B″E″的方程為

(9)

因此，無(wú)源探測(cè)器工作在搜索階段時(shí)，所選取的BDS衛(wèi)星所在位置(Bg,Lg,Hg)應(yīng)滿(mǎn)足(9)式。

跟蹤階段：無(wú)源探測(cè)器在本階段時(shí)探測(cè)系統(tǒng)幾何配置關(guān)系如圖7所示。

圖7 跟蹤階段探測(cè)器系統(tǒng)幾何配置關(guān)系Fig.7 Geometric configuration of detector system in tracking phase

(10)

為了滿(mǎn)足探測(cè)器系統(tǒng)的空間幾何配置約束條件，必須滿(mǎn)足θR≥104°，則有

(11)

式中：|P2|為點(diǎn)A與點(diǎn)C的距離，即為圖1中BDS衛(wèi)星到無(wú)源探測(cè)器的距離L.

因此，無(wú)源探測(cè)器工作在跟蹤階段時(shí)，所選取的BDS衛(wèi)星所在位置(X,Y,Z)應(yīng)滿(mǎn)足(11)式。

識(shí)別階段：在本階段已知的探測(cè)系統(tǒng)條件與跟蹤階段相同，因此在本階段的探測(cè)系統(tǒng)幾何配置關(guān)系與跟蹤階段的相同。為滿(mǎn)足探測(cè)器系統(tǒng)的空間幾何配置約束條件，必須滿(mǎn)足θR≥143°，則有

(12)

因此，無(wú)源探測(cè)器工作在識(shí)別階段時(shí)，所選取的BDS衛(wèi)星所在位置(X,Y,Z)應(yīng)滿(mǎn)足(12)式。

5 仿真驗(yàn)證

本文借助STK8衛(wèi)星工具包軟件和Matlab軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)：設(shè)定時(shí)間為2016年11月11日17時(shí)整，目標(biāo)設(shè)于北緯10°、東經(jīng)114°處；以目標(biāo)為原點(diǎn)O，正東方向?yàn)閄軸，正北方向?yàn)閅軸，依右手規(guī)則設(shè)立Z軸建立探測(cè)系統(tǒng)坐標(biāo)系，坐標(biāo)單位為km；設(shè)導(dǎo)彈從我國(guó)內(nèi)陸發(fā)射并于在探測(cè)系統(tǒng)坐標(biāo)系的(-20 km,120 km,40 km)處再次進(jìn)入大氣層，并最終擊中目標(biāo)；借助STK8軟件仿真找出該時(shí)刻在目標(biāo)附近區(qū)域所能觀測(cè)到的BDS衛(wèi)星如圖8所示，使用Hermit法模擬出導(dǎo)彈從再次進(jìn)入大氣層到擊中目標(biāo)的過(guò)程軌跡如圖9所示。依圖8中所示，目標(biāo)位于中國(guó)南沙群島區(qū)域，圖8中與白線連接的是在該時(shí)刻目標(biāo)區(qū)域能觀測(cè)到的所有BDS衛(wèi)星，共20顆，在該時(shí)刻可見(jiàn)MEO星在CGCS2000和探測(cè)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)如表1所示。選擇點(diǎn)At1,At2,At3時(shí)刻分別代表搜索階段、跟蹤階段和識(shí)別階段，如圖9所示。探測(cè)系統(tǒng)坐標(biāo)系中三點(diǎn)坐標(biāo)分別為：At1(-17 km，114 km，33 km)，即彈目距離120 km，且該時(shí)刻彈載探測(cè)器速度矢量vt1=(0.89 km/s,-2.16 km/s,-2.29 km/s);At2(-8 km,77 km,20 km)，即彈目距離80 km;At3(-2 km,23 km,33 km)，即彈目距離40 km.t1、t2、t3時(shí)刻相隔很短，故認(rèn)為3個(gè)時(shí)刻BDS衛(wèi)星的位置不變。

圖8 可見(jiàn)星示意圖Fig.8 Sketch map of visible star

圖9 彈載探測(cè)器軌跡模擬圖Fig.9 Trajectory simulation of missile-borne detector

依表2所示，利用不同的BDS衛(wèi)星作為機(jī)會(huì)輻 射源，彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)所表現(xiàn)出的性能不同。 由于一般需要3～4個(gè)機(jī)會(huì)輻射源才能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效定位，因此本文實(shí)驗(yàn)將分別使用就近法和本文提供的衛(wèi)星優(yōu)選方法從12顆BDS衛(wèi)星中選擇4顆衛(wèi)星。

表1 2016年11月11日17時(shí)整目標(biāo)區(qū)域BDS可見(jiàn)星坐標(biāo)

表2 各BDS衛(wèi)星在彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)中的性能

就近法：通過(guò)判斷BDS衛(wèi)星與彈載探測(cè)器間的距離遠(yuǎn)近進(jìn)行選擇。依表3可知，在t1、t2、t3時(shí)刻距離彈載探測(cè)器最近的4顆衛(wèi)星為MEO219、MEO211、MEO117、MEO315. 在搜索階段，MEO211和MEO117滿(mǎn)足(9)式，符合探測(cè)系統(tǒng)要求；MEO219和MEO315不滿(mǎn)足(9)式，不符合探測(cè)系統(tǒng)要求。在跟蹤階段和識(shí)別階段，MEO219和MEO117符合(11)式、(12)式，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求；MEO211和MEO315不滿(mǎn)足(11)式、(12)式，不符合探測(cè)系統(tǒng)要求。

本文提供的衛(wèi)星優(yōu)選法：將12顆衛(wèi)星參數(shù)按照距彈載探測(cè)器由近到遠(yuǎn)的順序依次輸入判決式進(jìn)行選擇。依表2可知，在搜索階段所選衛(wèi)星為MEO211、MEO117、MEO314、MEO316，在跟蹤和搜索階段所選衛(wèi)星為MEO219、MEO117、MEO116、MEO218. 由此可知，通過(guò)衛(wèi)星優(yōu)選法所選出的衛(wèi)星全部滿(mǎn)足彈載探測(cè)系統(tǒng)在不同時(shí)刻對(duì)目標(biāo)的方位向分辨率要求。

通過(guò)上述仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比可知，本文提出的衛(wèi)星優(yōu)選方法是可行且有效的，能滿(mǎn)足彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)在不同時(shí)刻對(duì)目標(biāo)的探測(cè)性能要求。

6 結(jié)論

與地基、機(jī)載和車(chē)載平臺(tái)不同，彈載平臺(tái)具有工作地點(diǎn)不固定、單次工作橫跨區(qū)域范圍廣、自身運(yùn)動(dòng)速度快的特點(diǎn)，會(huì)引起可供探測(cè)系統(tǒng)選擇的機(jī)會(huì)輻射源衛(wèi)星具有隨機(jī)性以及探測(cè)系統(tǒng)的幾何配置關(guān)系快速發(fā)生變化，而選取不同位置的輻射源衛(wèi)星和不同的探測(cè)系統(tǒng)幾何配置關(guān)系會(huì)導(dǎo)致無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)分辨力不同，因此基于機(jī)會(huì)輻射源的彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)在工作時(shí)需要從所接收到的多個(gè)信號(hào)中不斷地優(yōu)選出最適合該時(shí)段的輻射源衛(wèi)星。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了適用于基于星載機(jī)會(huì)輻射源的彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)對(duì)輻射源衛(wèi)星優(yōu)選的方法，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性與有效性，為彈載無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)機(jī)會(huì)輻射源的自適應(yīng)選取提供理論參考依據(jù)。本文僅以BDS信號(hào)作為一種機(jī)會(huì)輻射源為例討論衛(wèi)星優(yōu)選原則，實(shí)際上為了提高探測(cè)器的抗干擾性能，應(yīng)機(jī)會(huì)選取多種輻射源，但二者思路相通，本文方法不失一般性。對(duì)多種輻射源的自適應(yīng)選取也作為后續(xù)工作的方向之一進(jìn)行展開(kāi)。

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A Satellite Selection Method for Missile-borne Detection System Based on Opportunity Illuminators

XIAO Ze-long1， WANG Hua2， ZHOU Peng1， HAN Lu-xia1， WANG Yuan-kai1， LI Xiao2, LU Xuan3

(1.School of Electronic Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094, Jiangsu, China;2.Research and Development Center, China Academy of Launch Vehicle Technology，Beijing 100076, China;3.Department of Electronic Information Engineering,Shanxi University,Taiyuan 030006, Shanxi, China)

The geometric configuration relationship of detection system changes rapidly due to the high speed movement of missile-borne passive detector. The detection ability of the system highly relies on the selection of satellites. To solve this problem, BDS (BeiDou navigation satellite system) satellites are selected as opportunity illuminators, and the resolution of missile-borne passive detector is figured out. The quantitative relationship between the resolution of detector and the geometric configuration of detection system is deduced by using bistatic ambiguity function and angular resolution function. The constraint of the geometric configuration relationship is reversely derived depending on the resolution requirements. Optimization principle of BDS satellite selection is then concluded. The simulated results verify the feasibility and effectiveness of the proposed optimization principle of BDS satellites selection.

radar engineering; BDS; missile-borne passive detector; resolution; selection principle

2016-12-06

航天一院高校聯(lián)合創(chuàng)新基金項(xiàng)目(CALT201503)

肖澤龍(1978—), 教授, 博士生導(dǎo)師。E-mail:zelongxiao@mail.njust.edu.cn

TN958.97

A

1000-1093(2017)08-1555-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2017.08.013