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1.3 辐射源定位简史

在传统的声呐、雷达等侦察技术发展的同时,辐射源定位技术留下的诸多值得记述的里程碑如下。

1947年,Stansfield出版了辐射源定位领域内的第一部著作 [1] ,书中提出了经典的测向定位算法——三角法,融合了当时典型的定位算法和原始辐射源定位算法,广泛应用在通信情报和电子情报领域。定位技术领域内统一将该算法原型和改进形式称为 Stansfield算法。

1951年,受 Stansfield 算法影响,Daniels [2] 提出了利用距离差所得位置线进行定位的算法。1964年,Marchand [3] 提出了到达时差(TDOA)定位算法。时差定位算法中包含三个监测站,以任意两个监测站为焦点,距离差为长轴,绘制出一组双曲线,这些双曲线的交点便是辐射源位置。为了获取精确的时差数据来计算距离差,时差定位算法要求基站之间保持时间同步,而因为基站的位置是固定的,相较于移动终端,基站的同步实现容易得多。

1958年,Ancher [4] 使用Stansfield算法来处理机载系统采集的测量结果,从而对地面辐射源进行定位。在此之后,机载无源定位方法百花齐放,涌现了诸如Baron [5] 等的方位/俯仰法,Poirot和Arbid [6] 的环绕(角差)法,Mahapatra [7] 的不变航向角方法(盘旋法)和Mangel [8] 的三方位法等经典算法。1973年,Wangsness [9] 针对电磁波的传输距离越来越远,环境模型的误差对算法的实际应用产生重大影响的情况,提出了一些曲面传输模型的辐射源定位方法。

1969—1972年,Coorper [10,11] 和Laite [10] 最早在距离—方向系统中对三维空间辐射源进行估计,Lee [12] 描述了距离差算法在三维空间辐射源定位领域的应用,Paradowski [13,14] 则对三维空间辐射源使用二维角测量进行定位。

1958年,McClure [15] 提出在卫星位置已知或可预测的情况下,利用多普勒频移定位地球上的目标。1982年,Chestnut [16] 提出利用移动接收机测量两个以上的多普勒频移对地面目标进行定位。1984年,Scales [17] 等提出了在航空事故和海难搜索与救援卫星上通过测量微分多普勒(DD)的一系列值对协同性(频率已知的单音信号)辐射源进行定位的方案。1992年,Chany [18] 等提出了一种在平面内用多个传感器对运动辐射源测量多普勒移频进行定位与跟踪的最小二乘法。

1980年,Schmidt [19] 提出了时频差定位方法,利用两个运动观测站测量的一对时频差对静止目标进行定位。Ho [20] 等对高层已知的静止目标利用球面约束并参考时差定位Chan算法中的伪线性化方法对静止目标进行直接求解,并在后续研究中利用两步加权最小二乘法 [21] 将其扩展到多站时频差联合定位运动目标的问题中。Yu [22] 等将时频差观测量的高度非线性回归问题转化为约束加权最小二乘问题,再用牛顿法迭代求解拉格朗日乘子,最后得到目标运动状态参数估计。

以上定位方法通常可以分为两个步骤:第一步是参数估计,根据定位几何原理,估计一组对应定位线的参数(这里所说的定位线是经过辐射源位置的等值线,当讨论三维空间定位时,定位线约定用定位面代替);第二步是位置解算,即根据第一步得到的定位线估计辐射源位置。按两个步骤定位的所有方法统称为两步定位(TSPD)法,两步定位法由于估计参数时未必涉及目标位置,整个过程无法保证不同观测站、不同时刻估计的参数所对应定位线都针对同一辐射源,因此不一定能得到最优位置估计。

为了解决两步定位法的不足,1985年,Wax [23] 等提出了直接定位的思想,略过定位参数估计这一过程,直接使用观测站采集的数据估计目标位置。2004年,Weiss [24,25] 和Amar [25] 正式提出直接定位(DPD)的概念和多种直接定位算法,集中处理所有接收到的数据,解决了不同观测站、不同时刻接收数据对同一辐射源位置聚焦估计的问题。 gMbBxrdsz8im52/VS/9VF/hgJPKJejrPz5vkAFilTEfKUkZKWcNeT4ArIX7VD7y2

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