前言：

關于無源（被動）雙/多基地雷達，小曲老師曾經默默的搞了很多年，還曾記得我的碩士論文就跟這個有關系。那什么是無源雷達？雷達沒有源怎么能叫雷達呢？雙基地又是個什么東?兩個加起來的雷達又是一個什么樣的雷達呢？下面這個由John W.Franklin的報告能夠給大家揭開一點疑惑吧。John從概念出發，介紹了雙基地雷達以及其特性與優劣勢，解釋了無源的概念。簡要介紹了美著名的無源雷達系統-沉默哨兵以及其他國家處于實驗研究階段的部分成果。在最后提出基于高清電視信號的無源雙基地雷達系統的研究方向。報告雖然不盡詳實，但依然具有一定的參考意義。

“幾十年來，雙基地雷達一直吸引著監視和跟蹤雷達研究人員。盡管從英國早期的本土鏈雷達發展到今天的相干多模單基地雷達，但在雙基地和多基地應用方面仍有大量的研究。多接收機、方位角分集和改進的目標跟蹤精度的的潛力正是推動這一技術發展的原因。”

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雙基地雷達概念

雙基地雷達可以定義為發射機和接收機位于不同位置的雷達，而不是常規的單基地雷達。? ? ? ? ? ? ?

最早的雷達是雙基地的，直到脈沖波形和T/R開關的出現。? ? ? ? ? ? ?

雙基地雷達可以使用自己的專用發射機或機會輻射源（發射機）運行。? ??

使用多個發射機或接收機雷達稱為多基地雷達。

雙基地雷達的特性

幾何構型

雙基地雷達的幾何結構很重要-它決定了雷達的特性，包括：?

雷達測距方程?????????????

多普勒速度方程?????????????

雷達截面積 ? ? ? ? ? ??

覆蓋范圍?????????????

雙基地角-β：入射波和回波路徑之間的角度?

雙基地角度與雷達模式?????????????

β<20度–（單基地）?????????????

20<β<145度–（雙基地）?????????????

145<β<180度–（前向散射）

單基地與雙基地幾何構型

前向散射幾何構型

雙基地雷達方程

雙基地多普勒方程

接收頻率相對于發射頻率的變化稱為多普勒頻率，用fd表示。?

多普勒頻率與目標的速度成正比。

多普勒能夠讓雷達區分運動與靜止目標。

雙基地雷達散射截面積

雙基地雷達散射截面積是目標尺寸、形狀、材料、角度和載波頻率的函數

通常，雙站雷達散射截面比單站雷達散射截面低。

在某些目標角度下，可獲得高雙基地RCS（前向散射）

雙基地測量對于了解目標的隱身特性至關重要。

公開的文獻幾乎沒有相關數據

無源雙基地雷達特性（PBR）

概念

雙基地雷達的一個類型（所有雙基地/多基地分析適用，包括幾何、多普勒、雷達散射截面等） ?

無源雙基地雷達是一種不發射任何射頻（RF）信號來探測目標的雙基地雷達。?????????????

它利用空間已經存在的電磁波信號?? ? ? ? ? ??

這些電磁波信號（機會輻射源）包括廣播調頻電臺、全球定位衛星、移動電話和商業電視。?????????????

機會輻射源是其他的雷達輻射源時，常使用諸如hitchhiker（搭車者）或寄生雷達之類的術語。?????????????

當機會輻射源非雷達信號時，例如廣播通信，常使用如下術語，例如：無源（被動）雷達、被動相干定位或無源（被動）雙基地雷達。

無源雙基地雷達工作原理

利用常見的輻射源，如商用調頻廣播，作為“機會的輻射源”，機會輻射源的電磁波信號被目標散射。

無源雙基地雷達一個天線接收來自目標散射的射頻能量，然后將該信號與來自第二個天線的參考信號進行比較。? ? ? ? ? ??

利用數字信號處理（DSP）技術，可以確定目標的距離、速度和到達角等參數。? ? ? ? ? ?

從通信信號中提取典型的雷達信息。

無源雙/多基地雷達概念示意

為什么應用無源雷達？

系統優勢?????????????

低成本，無專用發射機?????????????

無需頻率分配?????????????

隱蔽（只需要接收機），干擾困難?????????????

不受反輻射導彈的影響?????????????

快速更新?????????????

探測隱身目標的潛在能力?????????????

系統劣勢?? ? ? ? ? ??

更為復雜的幾何構型

不能直接控制發射信號?????????????

技術不成熟

應用

低截獲概率雷達信號檢測 ? ? ? ? ? ? ?

隱身目標探測 ? ? ? ? ? ? ?

低成本空中交通管制（ATC）系統 ? ? ? ? ? ? ?

執法（交通監控） ? ? ? ? ? ? ?

越境/入侵檢測 ? ? ? ? ? ? ?

地方計量監測？? ? ? ? ? ? ?

行星測繪？

性能評估

我們需要知道 ? ? ? ? ? ? ?

在PBR系統中使用什么類型的波形?? ? ? ? ? ? ?

被利用信號的調制類型（模擬/數字） ? ? ? ? ? ? ?

使用模糊函數分析 ? ? ? ? ? ? ?

我們需要多大的功率 ? ??? ? ? ? ?

目標探測信號的信號功率密度 ? ? ? ? ? ? ?

用雙基地距離方程分析

模糊函數

它是用來干什么的？? ? ? ? ? ? ?

作為研究不同雷達波形的一種方法 ? ? ? ? ? ? ?

確定特定傳輸波形的距離和多普勒分辨率

雷達模糊函數圖型

圖釘模糊函數是常見的噪聲或偽噪聲波形。通過增加帶寬或脈沖持續時間，尖峰的寬度分別沿時間軸或頻率軸變窄。

當我們增加帶寬B時，會獲得更好的距離分辨率。相反，如果增加脈沖寬度t，會提高多普勒分辨率。

雷達模糊函數圖型

模糊函數的主峰對應于系統在距離和多普勒方面的分辨率。? ? ? ? ? ? ?

附加的峰值對應于潛在的模糊性，導致在選擇目標的正確范圍及其速度時產生混淆。

模擬調頻波形

美國和歐洲（英國/德國）對FM信號研究深入。? ? ? ? ? ? ?

調頻無線電傳輸88–108兆赫甚高頻波段 ? ? ? ? ? ? ?

調制帶寬通常為50kHz ? ? ? ? ??

最大功率發射器為250千瓦EIRP ? ? ? ? ? ? ?

距離分辨率c/2b=3000m（單基地） ? ? ? ? ? ? ?

功率密度=-57 dbw/m2（目標距離@100 km） ? ? ? ? ? ? ?

現有商用調頻發射機提供中低空覆蓋 ? ? ? ? ? ? ?

調頻傳輸的模糊性能取決于瞬時調制

FM信號距離分辨率變化曲線

模擬調頻波形的模糊函數

數字音頻波形

在歐洲（英國/德國）許多公開文獻中的數字波形分析都是使用數字音頻廣播（DAB-T）和數字視頻廣播（DVB-T） ? ? ? ? ? ?

使用編碼正交頻分復用（CODFM）?????????????

CODFM是歐洲數字音頻和數字視頻的歐洲標準?????????????

在COFDM中，信息由大量等距子載波承載。

子載波（正弦）同時傳輸。

這些等距子載波構成一個“白色”頻譜，其頻率階躍與符號持續時間成反比。

Codfm更像是噪音，不像調頻收音機那樣依賴節目內容?????????????

調制帶寬通常為220 kHz ????????????

最大功率發射器為10千瓦EIRP ????????????

距離分辨率c/2b=680m（單基地）?????????????

功率密度=-71 dbw/m2（目標距離@100 km）

數字音頻信號模糊圖

功率密度

PRB信號處理

有兩個主要信號處理方向：?? ? ?

抑制無用信號?? ???

直接信號 ? ??

多路徑信號?

干擾信號??

目標定位和跟蹤測量?

雙基地作用距離 ? ? ? ? ? ??

多普勒估計 ? 到

達角（AOA估計）

抑制無用信號

直達波信號問題 ??? ? ? ? ??

最大系統性能限制 ? ? ? ? ? ? ?

接收到的直接信號可能比接收到的回波大幾個數量級。? ? ? ? ? ? ?

如果沒有充分抑制/取消，它將掩埋接收到的回聲。? ? ? ? ? ? ?

可能的解決方案 ??? ? ? ? ? ?

地形、建筑物對參考接收機和目標回波接收機的物理屏蔽 ? ? ? ? ? ? ?

利用天線陣波束形成消除目標回波接收機的直達波信號

目標定位與跟蹤

（方法1） ? ? ? ? ? ? ?

直接信號與目標回波延遲差的雙站距離 ? ? ? ? ? ? ?

使用多延遲定位，雙站測距發射機-接收機對將在橢圓上定位目標。? （方法2） ? ? ? ? ? ? ?

獲取目標狀態矢量的測量值，以給出矢量分量的最佳估計（例如卡爾曼濾波器

實際系統實例

雙基地距離、多普勒和AOA的測量 ? ??? ? ? ? ?

FM無線廣播信號

洛克希德·馬丁的“沉默哨兵”系統 ? ? ? ? ? ? ?

使用模擬調頻無線電輻射源（最新版本也可以利用電視信號） ? ? ? ? ?

演示了在廣域內對多個飛機目標的實時跟蹤 ? ? ? ? ? ? ?

航天飛機發射的實時跟蹤

沉默哨兵3

數字音頻廣播信號

基于數字音頻廣播（DAB）的實驗無源雷達系統?????????????

澳大利亞阿德萊德大學?????????????

英國巴斯大學?????????????

英國典型的數字音頻廣播（DAB）?????????????

系統運行頻率略高于200MHz?????????????

帶寬略高于1.5兆赫?????????????

信號接近理想的圖釘性質?????????????

期望具有良好的距離分辨率?????????????

發射機輸出功率約為10kW ERP?????????????

布置成傳輸幾乎相同信號的網絡（單頻網絡）

實驗結果

雷達試驗臺由四通道數字接收機、計算機、三根八木天線和一組固定的八木天線組成。

測試臺位于英國巴斯大學，天線指向布里斯托爾機場，以便觀察飛機的進出。

高清電視信號

為什么使用高清電視信號 ？

應用高清電視信號（HDTV）作為機會輻射源的無源雷達論文未見公開發表

2005年在舊烏鴉協會（AOC）會議上作了一次介紹（未出版）

一些論文中引用了一些演示結果

結果表明，高清晰度電視是無源雷輻射源用的最佳選擇?

2009年夏天，美國的高清晰度電視廣播信號在全國范圍內傳播

研究基于高清電視信號的無源雷達成為研究熱點

ATSC地面傳輸標準

美國數字電視被稱為ATSC、DTV或HDTV系統。? ? ? ? ? ? ?

標準規定了以下各項所需的子系統：? ? ??? ? ? ?

信號產生 ? ? ? ? ? ? ?

編碼 ? ? ? ? ? ? ?

傳輸 ? ? ? ? ? ? ?

發射 ? ? ? ? ? ? ?

接收 ? ? ? ? ? ? ?

視頻、音頻和數據傳輸 ??? ? ? ? ? ?

空中廣播（8-VSB） ? ? ? ? ? ? ?

電纜系統（64-QAM）

主要標準

使用6MHz帶寬通道（與NTSC相同） ? ? ? ? ? ? ?

MPEG-2傳輸流，數據速率為19.29 MB/s ? ? ? ? ? ? ?

調制八級殘留邊帶信號（8個VSB用于廣播） ? ? ? ? ? ? ?

信道編碼器中執行的六個主要功能 ??? ? ? ? ? ?

數據隨機化-確保頻譜均勻 ? ? ? ? ? ? ?

里德-所羅門編碼-前向糾錯 ? ? ? ? ? ? ?

數據交錯-附加錯誤更正 ? ? ? ? ? ? ?

網格編碼–更多的錯誤修正以提高信噪比 ? ? ? ? ? ? ?

同步插入 ? ? ? ? ? ? ?

引導信號插入

HTDV接收機信號

真實捕獲的數據 ??? ? ? ? ??

康奈爾巴德項目

研究目標

當前計劃

研究目標 ??? ? ? ? ? ?

介紹雙基地雷達的歷史和背景，并舉例說明其過去的應用 ? ? ? ? ? ? ?

確定系統的優缺點及其用途 ? ? ? ? ? ? ?

描述雙基地雷達系統的幾何構型，以及這種系統背后的理論 ? ? ? ? ? ? ?

利用高清晰度電視信號作為機會輻射源，開發仿真雙基地雷達系統的軟

分析和處理記錄和模擬數據 ? ?

得出結論并對研究提出建議

編輯：黃飛

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