分布式干涉仪模糊相位差无源定位技术研究

The performance of DOA/TDOA/FDOA-based passive localization technology using multiple observers may deteriorate quite seriously when applied for the rising miniaturization and formation observer platforms such as nanosatellites and micro UAVs. A novel passive localization technology using phase difference of arrival (PDOA) by distributed interferometers is proposed in this project. It can attain better performance with lower system complexity, which makes it especially suitable for the above-mentioned observer platforms. The following main problems will be studied in detail. (1) The localization model will be formatted based on the nonlinear and non-continuity of the ambiguous PDOA and high-precision emitter position estimation algorithm with faster convergence performance will be designed. (2) The joint localization and sorting mechanisms for multiple emitters based on the position domain sparsity of the measurements will be exploited, and the sorting parameter-free localization algorithm for multiple emitters will be devised. (3) The optimization object based on the localization precision and ambiguity will be established, and the multiple-factor multiple-object optimization algorithm with constraints for the optimum formation configuration will be designed. Based on the breakthrough of these key technologies, it is aimed to establish the theoretical and methodological framework for the passive localization system by distributed interferometers using ambiguous phase differences. It is expected to provide advisable guidance and solid foundation for the application of passive localization project including electronic reconnaissance and radar warning systems.

随着微纳卫星、微型无人机等小型化编队化新型多站平台技术迅速发展，常用的测向/时差/频差多站定位技术，在此类平台上的应用面临越来越大的挑战。为此本项目提出一种分布式干涉仪模糊相位差无源定位新技术，该技术具有定位精度高、系统复杂度低的特点，适用于小型化编队化多站无源定位系统。本项目拟开展如下的问题研究：（1）基于模糊相位差非线性非连续特性，研究分布式长基线干涉仪无源定位模型，设计快速高精度辐射源位置估计方法；（2）基于模糊相位差位置域稀疏性，研究多辐射源定位分选机理，设计无可靠分选参数条件下多辐射源定位和分选一体化处理方法；（3）基于模糊相位差定位精度和定位模糊度，研究多站定位构型优化模型，设计基于约束多因素多目标的定位构型优化方法。通过其中关键理论技术的突破，建立基于分布式干涉仪模糊相位差无源定位的一套较为完整的理论和方法，为电子侦察和雷达告警等无源定位工程应用提供指导和依据。

本项目针对常用的测向/时差/频差多站无源定位技术在小型化编队化平台应用中面临的挑战，提出一种分布式干涉仪模糊相位差无源定位新技术，围绕非线性非连续性参数估计、多辐射源定位分选，以及多站定位构型优化等科学问题开展深入研究，建立了一套较为完善的分布式干涉仪模糊相位差无源定位模型和方法。.经过三年的研究，本项目取得多项研究成果，具体包括：①针对单次观测可无模糊确定辐射源位置的单辐射源定位问题，提出了一种基于多初始并行优化计算的定位方法；针对单次观测不能唯一确定辐射源位置的单辐射源定位问题，提出了一种基于高斯混合模型（GMM）的位置域稀疏性表示方法的定位方法，可实现对非线性非连续模糊相位差的高精度定位处理。②基于单次观测模糊相位差的GMM表示，提出了一种基于GMM表示的分簇并行滤波的多辐射源定位方法；基于模糊定位点的聚集性和隔离性，提出了一种基于模糊位置聚类的多辐射源定位方法，可实现无可靠分选参数条件下多辐射源递推和批处理分选定位。③针对可无模糊定位的构型优化问题，提出了一种基于粒子群优化（PSO）的干涉仪基线指向优化算法；针对存在定位模糊的构型优化问题，提出了一种基于特定定位任务的编队构型实时优化处理算法，可实现存在模糊定位条件下多站定位构型优化。④依托实验室硬件设备条件搭建分布式干涉仪模糊相位差无源定位试验验证系统，在福建、浙江等地开展外场试验，验证了本项目定位技术的可行性以及定位精度。.在本项目的支助下，出版中文学术专著1部，另有3部译著待出版；申请国防专利5项；发表与本项目相关的论文16篇，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文7篇，已发表待检索EI论文3篇，已录用待刊SCI待检索论文1篇、EI待检索论文2篇；获得2021年度中国发明协会创业创新一等奖1项，2021年度中国电子学会自然科学二等奖1项。