单频网配置下CMMB外辐射源雷达的基础理论与方法

As a frequency-and-power-saving networking technology, single frequency network (SFN) technique has obtained wide applications in the new generation wireless digital broadcasting systems. China mobile multimedia broadcasting (CMMB) is a kind of UHF-band digital TV standard in China that achieves regional coverage with SFN configuration. Up to now CMMB system becomes one of the most extensive wireless networks in the world, which provides a good radiation source condition for the domestic researches and applications of novel passive radar systems. Nevertheless, illuminators of opportunity are uncontrollable factors for passive radar designers. While SFN technology brings many advantages to communication applications, it presents several theoretical problems to the SFN-based passive radar. The project will conduct series of scientific experiments using our independently developed experimental platform, study and break through the basic theory and key problems for target detection using this new passive radar. The main contents of the research are as follows: 1) receiver site deployment optimization theory in networking detection architecture that adapts to the SFN configuration, 2) optimum design of the receiving array that is suitable for 3-dimensional positioning, 3) multipath clutter processing under SFN channel, and 4) localization ambiguity problem in SFN-based passive radar. As the beneficial supplement of traditional active radar, this new radar can effectively reduce the running cost and enhance the "four countering" advantages. The project will possess important scientific significance on promoting the new development of the special radar systems, and the research achievements will provide theoretical support for the applications of low-altitude target detection.

单频网作为一种频率和功率节约型组网技术，在新一代无线数字广播电视中已得到广泛应用。基于该技术的中国移动多媒体广播（CMMB）现已建成全球覆盖最广的无线网络，为研究和发展我国新体制外辐射源雷达技术提供了良好的照射源条件。对外辐射源雷达设计者而言，照射源是不可控的因素，单频网技术虽为广播覆盖带去诸多优势，却对基于该信号的新体制外辐射源探测带来了若干理论难题。项目将利用自主研制的实验平台开展系列科学实验，研究并突破该新型雷达目标探测的基础理论与核心问题。研究内容包括：1）与单频网配置相适应的组网探测接收站位优化理论；2）适用于三维定位的接收阵列优化设计；3）单频网信道下的多径杂波处理；4）单频网外辐射源雷达的定位模糊问题。作为传统主动雷达的有益补充，该新型雷达可有效降低运行成本、并提高其"四抗"性能。本项目对推动此类特种雷达的新发展具有重要科学意义，研究成果可为低空目标探测上的应用提供理论支撑。

人类低空活动创造巨大社会和经济效益同时，也带来前所未有的非传统威胁和低空监管难题。低空目标监视与环境感知成为当今社会亟待解决的重大课题。本项目以中国移动多媒体广播（CMMB）信号为模型，系统深入开展了单频网分布式外辐射源雷达的科学内涵及关键技术的研究，完成了计划研究内容、实现了预期研究目标。项目成果为低空“低、小、慢”目标的监测网提供了理论和技术支撑，为承担国家重点研发计划“多照射源低空空域监视及其组网技术”（编号2016YFB0502403）课题奠定了良好基础。主要研究内容与成果包括：.（1）提出了单频网外辐射源雷达的信号模型和量测模型；建立了单频网分布式外辐射源雷达新模型。基于CMMB数字广播电视信号特点，研究了参考信号的重构与提纯方法，定量评估并消除了时间同步、载波频偏以及采样率频偏等因素所带来的负面影响。.（2）针对单频网下严重杂波影响目标探测的问题，系统深入研究了外辐射源雷达杂波抑制理论与方法。建立了杂波抑制性能衡量指标——杂波抑制比，得到了时域杂波抑制比理论上限的解析式。提出了一种鲁棒且并行化的时域杂波抑制方法，发展了分载波空域杂波抑制方法。.（3）针对单频网模糊辨识这一科学问题，引入反证法思想将单频网模糊辨识问题建模为代数方程，得到了单频网去模糊的条件。推导得到了解析的关联假设判决检验统计量，解决了关联假设判决门限无法解析计算的困难。提出了一种准最优多目标跟踪方法，有效解决了数据关联维度高而导致计算复杂度大的难题。.（4） 提出外辐射源雷达网中的误差配准与站位优化问题。提出仅用雷达自身量测信息，不断自配准以达到近似理想配准的方法。推导了将检测概率考虑在内的定位精度下界，并以此为约束建立了解析的站位优化模型，提出了一种迭代凸优化求解方法，显著提高了站位优化的全局收敛性和计算效率。.（5）研制了多波段外辐射源雷达实验系统平台，开展了系列外场实验，打通了单频网外辐射源雷达信息感知整体流程，验证核心算法。利用ADS-B航迹信息进行比对，实现了起降民航飞机、通航飞机的有效探测，充分证实了单频网外辐射源雷达体制的可行性。