时差定位系统仿真与评估

第1章 时差定位技术概述 1 1.1 引言 1 1.2 时差定位技术的发展现状及趋势 2 1.2.1 无源定位技术体制 2 1.2.2 时差定位技术发展现状 4 1.2.3 时差定位技术的优势 10 1.3 时差测量体制研究现状 10 1.3.1 常规脉冲描述字方法 10 1.3.2 基站内信号相关处理方法 10 1.3.3 基站间信号相关处理方法 11 1.4 时差定位性能分析研究现状 12 1.4.1 时差定位性能影响因素 12 1.4.2 时差定位性能研究现状 13 1.5 时差定位试验评估技术研究现状 13 1.5.1 时差定位系统试验评估需求 13 1.5.2 时差定位外场实装试验评估技术 14 1.5.3 时差定位内场仿真试验评估技术 15 1.5.4 时差定位替代等效推算试验评估技术 16 1.6 本书的结构安排 16 第2章 时差定位系统构成与定位原理 18 2.1 时差定位系统概述 18 2.1.1 时差定位系统的组成 18 2.1.2 时间同步方法 20 2.2 时差定位原理 20 2.2.1 平面三站时差定位 20 2.2.2 多站(≥4站)时差定位 22 2.3 多站*小二乘时差定位 24 第3章 时差测量方法及误差模型 27 3.1 侦察信号模型 27 3.1.1 侦察信号功率模型 27 3.1.2 侦察信号时域模型 28 3.1.3 侦察解析信号模型 29 3.2 脉冲描述字时差测量模型 31 3.2.1 脉冲描述字时差测量模型 31 3.2.2 时差测量方法和误差分析 33 3.3 相关法时差测量误差模型 35 3.3.1 相关法时差测量模型 35 3.3.2 相关法时差测量输出SNR模型 37 3.3.3 相关法时差测量误差CRB模型 41 3.3.4 相关时差测量的多普勒影响 45 3.3.5 互模糊函数法时差-频差测量模型 47 3.4 综合时间测量误差模型 49 3.4.1 基于SNR的综合时间测量误差模型 50 3.4.2 基于固定参数的综合时间测量误差模型 51 3.4.3 综合时间测量误差仿真分析 52 3.5 时差信号分选 52 3.5.1 时差信号分选问题 52 3.5.2 直方图统计进行脉冲配对 53 3.5.3 相关法时差多峰值问题 54 第4章 时差定位系统定位性能 56 4.1 时差定位性能度量模型 56 4.1.1 定位概率误差 56 4.1.2 几何精度因子(GDOP) 58 4.1.3 归一化GDOP 59 4.1.4 定位精度距离百分比 60 4.1.5 切线定位误差 61 4.1.6 空间定位误差描述坐标系 62 4.1.7 定位成功率 63 4.2 时差定位误差模型 63 4.2.1 平面三站时差定位误差模型 63 4.2.2 多站解析法定位误差模型 67 4.2.3 *小二乘法时差定位误差模型 69 4.2.4 定位精度CramerRao门限 70 4.3 时差定位精度的影响因素分析 71 4.3.1 单站被动测角与多站定位之间的性能比较 71 4.3.2 定位方法对多站时差定位精度的影响 74 4.3.3 基站构型对时差定位精度的影响 77 4.4 时差定位空间性能仿真 83 4.4.1 三站时差定位性能仿真 83 4.4.2 四站时差定位性能仿真 84 4.4.3 五站时差定位性能仿真 86 第5章 复杂电磁环境对时差定位系统的影响 90 5.1 时差定位系统面临的复杂电磁环境 90 5.1.1 时差定位系统面临的战场电磁环境 90 5.1.2 电磁环境的信号特点 91 5.1.3 雷达诱饵信号环境 91 5.2 电磁环境复杂度等级与评估方法 92 5.2.1 电子装备类型及其电磁环境适应性特点 92 5.2.2 基于电子装备类型的电磁环境复杂度等级评定 93 5.2.3 电磁环境复杂度等级动态统计模型 96 5.2.4 电磁环境复杂度等级仿真评估系统 97 5.3 复杂电磁环境对时差测量的影响 98 5.3.1 常规脉冲信号时差测量 98 5.3.2 有源干扰对时差测量的影响 100 5.3.3 诱饵对时差测量的影响 104 5.3.4 复杂电磁环境对信号侦察测量的影响 107 5.3.5 复杂电磁环境对连续跟踪测量的影响 112 第6章 环境信号仿真模型 113 6.1 雷达信号模型 113 6.1.1 LFM信号 113 6.1.2 NLFM信号 114 6.1.3 常规编码信号 119 6.1.4 m序列和M序列编码信号 120 6.1.5 OFDM信号 124 6.1.6 频率捷变信号 125 6.2 模拟通信信号模型 125 6.2.1 调幅(AM)信号 125 6.2.2 调频(FM)信号 126 6.2.3 调相(PM)信号 126 6.2.4 单边带(SSB)信号 127 6.2.5 双边带(DSB)信号 127 6.3 数字通信信号模型 128 6.3.1 振幅键控(ASK)信号 128 6.3.2 频移键控(FSK)信号 129 6.3.3 *小频移键控(MSK)信号 129 6.3.4 高斯*小频移键控(GMSK)信号… 130 6.3.5 正弦(扩频)频移键控(SFSK)信号… 131 6.3.6 相移键控(PSK)信号 131 6.3.7 差分相位键控(DPSK)信号 132 6.3.8 四进制数字相位键控(QPSK)信号… 133 6.3.9 交错正交相移键控(OQPSK)信号… 134 6.3.10 3π/4 QPSK信号 135 6.3.11 正交振幅调制(QAM)信号 135 6.4 数据链信号模型 136 6.4.1 Link4A 136 6.4.2 Link11 137 6.4.3 Link16 138 6.4.4 Link22 139 6.5 有源干扰信号模型 140 6.5.1 噪声信号产生模型 140 6.5.2 压制性干扰模型 143 6.5.3 欺骗干扰模型 145 第7章 时差定位系统数字仿真 149 7.1 侦察信号综合仿真模型 149 7.1.1 侦察信号模型 149 7.1.2 多路径信号模型 150 7.1.3 杂波模型 154 7.1.4 接收机噪声模型 160 7.1.5 信号合成模型 160 7.1.6 数字信号变采样技术 161 7.1.7 多路数字信号变采样合成 164 7.1.8 信号数字量化 166 7.2 电波传播衰减模型 166 7.2.1 无线电波传播方式和衰减预测模型 166 7.2.2 自由空间衰减 168 7.2.3 Egli传播模型 168 7.2.4 OkumuraHata模型 169 7.2.5 COST231Hata传播模型 170 7.2.6 LongleyRice模型 170 7.3 大气衰减模型 171 7.3.1 大气衰减率模型 172 7.3.2 路径衰减积分模型 175 7.4 路径衰减综合模型 176 7.4.1 路径衰减统计模型 176 7.4.2 雨衰减系数模型 178 7.4.3 云雾衰减系数模型 178 7.4.4 植被衰减模型 179 7.5 天线方向图和资源调度模型 181 7.5.1 天线方向图模型 181 7.5.2 天线扫描与资源调度模型 187 7.6 时差定位系统功能级仿真 189 7.6.1 时差定位系统功能仿真流程 189 7.6.2 时差定位系统参数 190 7.6.3 时差定位系统功能级仿真软件设计 191 7.6.4 目标跟踪滤波模型 195 7.7 时差定位系统信号级仿真 196 7.7.1 时差定位系统信号级仿真框图 197 7.7.2 时差定位系统信号级仿真战情编辑 198 7.7.3 时差定位系统信号级仿真软件设计 199 第8章 时差定位系统内场半实物仿真试验设计 203 8.1 内场半实物仿真试验总体需求 203 8.1.1 半实物仿真试验评估系统框架 203 8.1.2 环境信号模拟要求 205 8.1.3 系统指标要求 205 8.2 时差信号产生方法 206 8.2.1 虚拟延迟测试方法 206 8.2.2 基于DRFM的硬件延迟方法 207 8.2.3 基于多通道矢量信号源的时差信号模拟 209 8.3 内场半实物仿真时延控制模型 211 8.3.1 数据接口模型 211 8.3.2 通道幅度控制模型 212 8.3.3 径向距离模型 212 8.3.4 时延控制模型 214 8.4 内场半实物仿真流程控制 215 8.4.1 基于多通道矢量信号源的仿真流程控制模型 215 8.4.2 内场半实物仿真装备参数 216 8.4.3 雷达参数数据结构 218 8.4.4 内场半实物仿真信息交互关系 220 第9章 时差定位系统综合试验方法 222 9.1 时差定位系统试验总体设计 222 9.1.1 试验总体思路和原则 223 9.1.2 常用试验方法 224 9.1.3 试验方法相互关系 225 9.2 时差定位系统指标和试验设计 228 9.2.1 战术技术指标 228 9.2.2 地面高塔试验 229 9.2.3 内场半实物仿真试验 230 9.2.4 飞行试验 231 9.3 复杂电磁环境构建方法 233 9.3.1 复杂电磁环境构建原则 233 9.3.2 外场试验电磁环境构建方法 234 9.3.3 阵地位置选取条件 236 9.3.4 基站布站或航线要求 237 9.3.5 试验信号源的选择 238 9.4 复杂电磁环境适应性试验 238 9.4.1 环境构建与试验方法 239 9.4.2 分选识别评估方法 239 9.4.3 分选识别评估模型 240 第10章 时差定位系统定位精度试验评估方法 242 10.1 试验数据预处理 242 10.1.1 坐标系转换 242 10.1.2 时差定位误差预处理 244 10.1.3 时差定位误差的平稳误差距离区间 245 10.1.4 基于置信区间的时差定位样本量 247 10.1.5 时差定位试验数据获取与预处理 251 10.2 三站时差定位替代等效推算试验评估 252 10.2.1 三站时差定位误差评估模型 253 10.2.2 三站时差定位ITME参数求解 254 10.2.3 三站时差定位外场试验评估流程 257 10.2.4 三站时差定位试验数据仿真与参数估计 259 10.2.5 基于时差定位参数估计的三站时差定位精度 262 10.3 多站时差定位替代等效推算试验评估 263 10.3.1 多站时差定位误差评估模型 264 10.3.2 多站时差定位ITME参数求解 265 10.3.3 多站时差定位外场试验评估流程 266 10.3.4 多站时差定位试验数据仿真与参数估计 268 10.3.5 基于时差定位参数估计的多站时差定位精度 271 10.4 时差定位辐射源替代等效推算模型和推算实例 273 10.4.1 辐射源替代定位精度推算方法 273 10.4.2 五站时差定位外场试验和等效推算实例 273 参考文献 277