本发明公开了一种基于多发单收的无源雷达定位跟踪系统。主要解决在无源雷达在外辐射源非均匀分布及距离测量误差较大情况下目标定位跟踪精度差的问题。该系统由参考天线、信号天线、接收机、信号处理机、恒虚警检测与航迹处理模块和定位跟踪模块组成。信号天线采用水平极化天线，接收目标回波和多径信号，该接收信号经接收机滤波放大，由信号处理机完成模拟信号的AD转换、数字下变频、杂波相消和距离-多普勒二维相关运算，并从运算结果中检测原有航迹上或新航迹上的目标；最后进行多站信息配对、目标定位跟踪及显示。本发明可在外辐射源分布不均匀以及距离测量误差大的情况下，实现目标的精确定位跟踪。
1.一种基于多发单收的无源雷达定位跟踪系统，包括参考支路和信号支路，参考支路包括参考天线和接收机A，用于分别接收来自多个机会照射源的直达波Di；信号支路包括接收机B，用于接收目标的回波信号；其特征在于信号支路还包括：信号天线，接收由目标反射的调频广播台信号Ri以及多径信号Zi；
信号处理机，用于将接收机A和接收机B输出的模拟中频信号变换到基带数字域上，分别得到数字基带直达波信号refi和数字基带回波信号sigi+Zi，并利用此直达波信号refi和回波信号sigi+Zi依次进行自适应杂波相消、匹配滤波和距离-多普勒二维相关运算，该二维相关运算的运算结果yi(fd,t)输出到恒虚警检测与航迹处理模块，fd表示多普勒值；
恒虚警检测与航迹处理模块，用于对信号处理机输出的距离-多普勒二维相关运算结果yi(fd,t)进行恒虚警检测和航迹处理，得到目标距离多普勒航迹信息，fd表示多普勒值；
并对航迹信息进行修正补偿，将补偿后的结果输出给定位跟踪模块；
点迹与航迹关联子模块，将距离-多普勒二维相关后输出的结果yi(fd,t)中超过给定检测门限的点与原有目标航迹进行关联，如果该点处于设定的关联门限内，则判断为检测到原有航迹上的目标，并将结果输送到多普勒修正补偿子模块中，否则，将目标点送至航迹起始子模块；
航迹起始子模块，采用滑窗法对点迹与航迹关联子模块送来的目标点进行航迹起始判断，若判断有新的航迹形成则输出目标航迹给多普勒修正补偿子模块，否则，对目标点做舍弃处理；
航迹消亡子模块，用于判断已经建立的航迹中哪些是需要继续跟踪的有效航迹，哪些是已经丢失目标而需要结束的航迹；当某条航迹连续丢点数超过用户设定的撤销门限时，认为目标超出探测范围，航迹撤销；否则，航迹维持；
多普勒修正补偿子模块，利用距离信息的连续性和短时间内目标速度近似不变的特性，利用前一时刻的距离多普勒信息推算缺失时刻的距离值，以弥补目标距离多普勒航迹的短暂的中断，对已建立的航迹进行修正补偿；
定位跟踪模块，利用恒虚警检测与航迹处理模块求出的目标航迹信息，依次完成多站信息配对、目标位置信息解算和跟踪初始化，并通过扩展卡尔曼滤波方法进行跟踪定位，得到目标精确的位置信息
2.根据权利要求1所述的无源雷达定位跟踪系统，其特征在于参考天线和信号天线均使用水平极化指向性天线，单个天线的波束宽度为22.5°，接收频段为87-110MHz；参考天线主瓣指向各个广播站台，信号天线主瓣指向目标航线方向。
3.根据权利要求1所述的无源雷达定位跟踪系统，其特征在于信号处理机包括：模数转换子模块，用于将接收机输出的模拟中频信号进行数字化，传输给数字下变频处理子模块；
数字下变频处理子模块，用于将数字化以后的中频信号转换到基带，并将直达波信号refi和数字基带回波信号sigi+Zi传输给杂波相消和距离-多普勒二维相关子模块；
杂波相消和距离-多普勒二维相关子模块，用于对信号天线接收到的数据进行自适应杂波相消，以消除其中的直达波Di和多径信号Zi，并利用相消结果sigi与直达波refi进行距离-多普勒二维相关运算，该二维相关运算的运算结果yi(fd,t)传送给恒虚警检测与航迹处理模块，fd表示多普勒值。
4.根据权利要求1所述的无源雷达定位跟踪系统，其特征在于定位跟踪模块包括：多站测量信息配对子模块，利用多普勒信息的相近性将修正后的距离多普勒航迹信息进行配对，并完成目标位置的解算，将结果输送给定位跟踪子模块；
定位跟踪子模块，用于完成目标的定位跟踪，即将每次获得的测量数据输入给滤波算法，估计出目标的位置信息 并在跟踪结果图中以点迹的形式显示。
5.一种基于多发单收的无源雷达定位跟踪方法，包括以下步骤：（1）将参考天线分别指向各个调频广播基站，用于接收直达波信号Di；将信号天线指向目标航线方向，用于接收运动目标反射的调频广播台信号Ri、调频广播台的直达波和多径信号Zi；
（2）将参考天线和信号天线接收到的信号分别经过接收机A和接收机B混频及滤波放大后得到模拟中频信号，并将该模拟中频信号送给信号处理机；
（3）在信号处理机中，对接收机A和接收机B传送的模拟中频信号进行模数转换和数字下变频处理，得到数字基带直达波信号refi和回波信号sigi+Zi，并用数字基带直达波信号refi和回波信号sigi+Zi进行自适应杂波相消，滤除调频广播台的直达波和多径信号Zi，获得提纯后的回波信号sigi；然后用数字基带直达波信号refi和提纯后的回波信号sigi按照下式做无源相干处理：其中，yi(fd,n)为无源相干处理得到的距离多普勒信息，fd表示多普勒值，n表示时间*序列，τ表示时间延迟，表示共轭转置，sigi(n-τ)表示回波信号的复包络，refi(n)表示数字基带直达波信号refi中的第n个数据；
（4）对距离多普勒信息yi(fd,n)进行目标双门限检测航迹关联，并按照下式对航迹信息做修正补偿：ρ(k+1)＝ρ(k)+fd(k)λT
其中ρ(k+1)为补充得到的k+1时刻的距离和，ρ(k)为已知的k时刻的距离和，fd(k)为k时刻的多普勒值，λ为电台的发射波长，T为点迹时间间隔；
（5）对多站目标信息进行配对，判断是否检测到目标：
（5a）仿真计算多个站台观测同一个目标，得到多普勒配对门限Δfd和距离配对门限Δρ；
（5b）将第i个发射站测得的多普勒值fdi与第j个发射站测得的多普勒值fdj相减，如果多普勒差值小于等于多普勒配对门限Δfd，即fdi-fdj≤Δfd，并且多普勒值fdi，fdj不为零，则执行（5c）；
（5c）将第i个发射站测得的距离值ρi与第j个发射站测得的距离值ρj相减，如果距离差值小于等于距离配对门限Δρ，即ρi-ρj≤Δρ，并且所述距离值ρi和ρj不为零，则判断检测到目标，并执行步骤（5d）；
（5d）利用目标的距离信息，解算得到目标位置坐标（x，y，z），并令xk＝[x，y，z，0,0,0]T，k＝1,2,…M0，M0为检测到的目标点数；
（6）将步骤（5）中计算得到的前9次计算结果x1，x2，…，x9取平均值，得到初始状态估计（7）以初始状态估计 作为滤波初值，进行扩展卡尔曼滤波，得到目标位置信息 并在三维坐标图中显示该目标位置，得到目标航迹。
6.根据权利要求5所述的无源雷达定位跟踪方法，其中步骤（3）所述的用数字基带直达波信号refi和回波信号sigi+Zi进行自适应杂波相消，按如下步骤进行：（3a）设定自适应杂波相消器的维数为V，权值向量初值 计数器n＝1，自适应杂波相消器权值向量初值w(0)维数为V×1；
（3b）计算第n步的自适应杂波相消器输出outp(n)：outp(n)＝w(n-1)·Ri(n)，其中Tw(n-1) 为第n-1步得到的自适应滤波器权值向量的转置，Ri(n)＝[refi(n),refi(n+1),…T,refi(n+K)]，refi(n)表示直达波信号refi中的第n个数据；
（3c）计 算 第 n步 的 自 适 应 杂 波 相 消 器 输 出 误 差 e(n)：e(n) ＝[sigi(n)+Zi(n)]-outp(n)，其中sigi(n)+Zi(n)表示回波信号sigi+Zi中的第n个数据；
（3d）更新步长因子μ(n)： 其中μ0为设定的步长因子初始值，ε0为步长因子调节系数，*表示取共轭；
（3e）更新自适应杂波相消器权值向量w(n)：w(n)＝w(n-1)+μ(n)e(n)Ri(n)；
（3f）判断n是否大于L-V，如果n大于L-V则滤波结束，否则计数器n加1，并转到步骤（3b）继续运行，L为接收的直达波信号refi和回波信号sigi+Zi的数据长度。
7.根据权利要求5所述的无源雷达定位跟踪方法，其中步骤（4）所述的对距离多普勒信息yi(fd,n)进行目标双门限检测航迹关联，按如下步骤进行：（4a）设i为发射站编号，初始值为1；
（4b）选取第i个发射站的距离-多普勒二维相关后的结果yi(fd,t)，并令其最大值为：m＝max(yi(fd,t))，如果m大于给定检测门限d1，则转入步骤(4c)，否则转入步骤（4f）；
（4c）将m与原目标航迹进行关联，如果m与原航迹的预测值之差小于关联门限d2，判决检测到原航迹上的目标，同时将该原航迹丢失的点的个数S置零，并转到步骤（4f）；反之，对S加1，并转入步骤（4d）；
（4d）采用滑窗法检测新航迹，即用4/6逻辑起始，当连续的六帧数据中任意四帧处于关联门限d2内时，则认为有新航迹起始，并保存m值；否则转入步骤（4f）；
（4e）航迹消亡判定：设定航迹消亡门限为Tc，如果原航迹丢失的点的个数S≥Tc时，认为目标超出探测范围，航迹撤销；反之，航迹维持；转入步骤（4f）；
（4f）将发射站编号i加1，设N为发射站的总个数，如果i≤N则转入步骤（4b），否则检测结束。
8.根据权利要求5所述的一种无源雷达定位跟踪方法，其中步骤（7）所述的扩展卡尔曼滤波，按如下步骤进行：（7a）令计数器k＝1；
其中 为第k-1步滤波输出 中的目标坐标，（xR,yR,zR）表示接收站的坐标，N为发射站的总个数，（x1,y1,z1）（x2,y2,z2）…（xN,yN,zN）分别表示各个发射站的坐标，rR表示目标与接收站的距离，r1、r2、…、rN分别表示目标与各个发射站的距离；
（7c）计算第k步滤波输出的预测值： 其中 I为3×3为单位矩阵，T为参数获取时间间隔， 为第k-1步的滤波输出；
（7d）计算第k步误差协方差矩阵的预测值： 其中Pk-1为第k-1步得到的滤波协方差阵，Qk为过程噪声协方差矩阵；
（7e）计算残差协方差矩阵： 其中Rk为已知的观测噪声协方差矩阵；
[ρ1(k),ρ2(k),…,ρN(k)]，N为发射站的总个数；
（7i）根据步骤（7h）得到的目标的机动值J与设定的目标机动值J0的大小关系修改步骤（7d）中的Qk，如果目标的机动值J＜J0，则判决目标没有机动，观测噪声Qk＝Q0；若目标4
的机动值J≥J0，则目标有机动，Qk＝α×Q0，其中α大于10，Q0为已知的过程噪声协方差矩阵；
（7j）判断计数器k是否大于检测到的目标点数M0，如果k＜M0，则将k加1，并转至步骤（7b），否则，滤波结束。
基于多发单收的无源雷达定位跟踪系统及定位跟踪方法
技术领域
[0001] 本发明属于雷达技术领域，涉及雷达定位，具体来说是一种基于“多发单收”体制的外辐射源雷达定位系统及方法，可在多个照射源随机分布及强直达波和多径干扰的环境下，实现目标的精确定位于跟踪。技术背景
[0002] 随着现代战争技术的发展，雷达面临着目标隐身、反辐射导弹、低空突防及电子干扰等方面的威胁。如何使雷达系统在强干扰的背景下完成对敌方目标的探测、定位与跟踪，并同时避开敌方反辐射武器的杀伤，是有效保护自己、打击敌人的关键。无源雷达系统因其具有不可探测性、结构简单以及造价低廉等特点而受到广泛关注。无源雷达系统本身不需要发射信号，而是被动地接收目标反射的非协同式辐射源的电磁信号，对目标进行定位和跟踪。
[0003] 依据探测对象的不同，无源雷达分为利用被探测目标的自身辐射进行探测和跟踪，以及利用外辐射源发射的电磁波进行探测和跟踪两大类。利用外辐射源发射电磁波的无源雷达探测的目标本身不直接辐射电磁能量，而是在无源雷达在工作时，通过天线接收来自外部的非协同辐射源，即第三方的直射波，以及该外部辐射源照射目标后形成的反射波或散射波，利用其携带的多普勒频移、多站接收信号的时间差和到达角等信息，提取出目标信息并消除无用信息和干扰，从而完成对目标的探测、定位和跟踪。然而由于外辐射源的不可控、不可预知和非协作的特性，外辐射源雷达的探测性能往往较常规雷达系统差，因此需要采用更复杂的信号处理手段，提高整个系统检测以及跟踪性能。
[0004] 目前国内外研究的基于外辐射源的雷达系统主要有以下两种：一种是基于单个照射源进行定位跟踪，它是利用两根天线分别接收照射源的直达波和目标的回波信号，然后进行相消、匹配并进行检测，该方法不仅探测范围较小，而且定位精度较低；另一种是融合多个发射站的目标测量信息，即多发单收模式，可以在接收端利用不同发射站的回波信息有效抑制目标RCS闪烁，从而更有效的完成目标检测，提高定位精度，然而在照射源分布不规则及距离测量精度低时，这种方法将导致定位精度迅速恶化以致难以满足实际应用。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种基于多发单收的无源雷达定位跟踪系统及定位跟踪方法，以在恶劣的布站条件以及较低距离测量精度下，通过多次的距离信息观测融合进行滤波跟踪，提高目标定位精度，满足实际应用的要求。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供的基于多发单收的无源雷达定位跟踪系统包括：
[0007] 参考支路和信号支路，参考支路包括参考天线和接收机A，用于分别接收来自多个机会照射源的直达波Di；信号支路包括接收机B，用于接收目标的回波信号；其特征在于信号支路还包括：
[0008] 信号天线，接收由运动目标反射的调频广播台信号Ri以及多径信号Zi；
[0009] 信号处理机，用于将接收机A和接收机B输出的模拟中频信号变换到基带数字域上，分别得到数字基带直达波信号refi和数字基带回波信号sigi+Zi，并利用此直达波信号refi和回波信号sigi+Zi依次进行自适应杂波相消、匹配滤波和距离-多普勒二维相关运算，该二维相关运算的运算结果yi(fd，t)输出到恒虚警检测与航迹处理模块；
[0010] 恒虚警检测与航迹处理模块，用于对信号处理机输出的距离-多普勒二维相关运算结果yi(fd，t)进行恒虚警检测和航迹处理，得到目标距离多普勒航迹信息；并对航迹信息进行修正补偿，将补偿后的结果输出给定位跟踪模块，所述的航迹处理，包括航迹起始，点迹与航迹的关联，航迹消亡；
[0011] 定位跟踪模块，利用恒虚警检测与航迹处理模块求出的目标航迹信息，依次完成多站信息配对、目标位置信息解算和跟踪初始化，并通过扩展卡尔曼滤波方法进行跟踪定位，得到目标精确的位置信息
[0012] 所述的无源雷达定位跟踪系统，其中信号处理机包括：
[0013] 模数转换子模块，用于将接收机输出的模拟中频信号进行数字化，传输给数字下变频处理子模块；
[0014] 数字下变频处理子模块，用于将数字化以后的中频信号转换到基带，并将直达波信号和回波信号传输给杂波相消和距离-多普勒二维相关子模块；
[0015] 杂波相消和距离-多普勒二维相关子模块，用于对信号天线接收到的数据进行杂波相消，以消除其中的直达波和多径信号Zi，并利用相消结果sigi与直达波refi进行距离-多普勒二维相关运算，该二维相关运算的运算结果yi(fd，t)传送给恒虚警检测与航迹处理模块。
[0016] 所述的恒虚警检测与航迹处理模块包括：
[0017] 点迹与航迹关联子模块，将距离-多普勒二维相关后输出的结果yi(fd，t)中超过给定检测门限的点与原有目标航迹进行关联，如果改点处于设定的关联门限内，则判断为检测到原有航迹上的目标，并将结果输送到多普勒修正补偿模块中，否则，将目标点送至航迹起始子模块；
[0018] 航迹起始子模块，采用滑窗法对点迹与航迹关联子模块送来的目标点进行航迹起始判断，若判断有新的航迹形成则输出目标航迹给多普勒修正补偿子模块，否则，对目标点做舍弃处理；
[0019] 航迹消亡子模块，用于判断已经建立的航迹中哪些是需要继续跟踪的有效航迹，哪些是已经丢失目标而需要结束的航迹；当某条航迹连续丢点数超过用户设定的撤销门限时，认为目标超出探测范围，航迹撤销；否则，航迹维持；
[0020] 多普勒修正补偿子模块，利用距离信息的连续性和短时间内目标速度近似不变的特性，利用前一时刻的距离多普勒信息推算缺失时刻的距离值，以弥补目标距离多普勒航迹的短暂的中断，对已建立的航迹进行修正补偿。
[0021] 所述的定位跟踪模块包括：
[0022] 多站测量信息配对子模块，利用多普勒信息的相近性将修正后的距离-多普勒航迹信息进行配对，并完成目标位置的解算，将结果输送给定位跟踪子模块；
[0023] 定位跟踪子模块，用于完成目标的定位跟踪，即将每次获得的测量数据输入给滤波算法，估计出目标的位置信息 ，并在跟踪结果图中以点迹的形式显示。
[0024] 为实现上述目的，本发明提供的基于多发单收的无源雷达定位跟踪方法，包括以下步骤：
[0025] (1)将参考天线分别指向各个调频广播基站，用于接收直达波信号Di；将信号天线指向目标航线方向，用于接收运动目标反射的调频广播台信号Ri、调频广播台的直达波和多径信号Zi；
[0026] (2)将参考天线和信号天线接收到的信号分别经过接收机A和接收机B混频及滤波放大后得到模拟中频信号，并将该模拟中频信号送给信号处理机；
[0027] (3)在信号处理机中，对接收机A和接收机B传送的模拟信号进行模数转换和数字下变频处理，得到数字基带直达波信号refi和回波信号sigi+Zi，并用数字基带直达波信号refi和回波信号sigi+Zi进行自适应杂波相消，滤除调频广播台的直达波和多径信号Zi，获得提纯后的回波信号sigi；然后用数字基带直达波信号refi和提纯后的回波信号sigi按照下式做无源相干处理：
[0028]
[0029] 其中，yi(fd，n)为无源相干处理得到的距离多普勒信息，fd表示多普勒频移，n表示时间序列，τ表示时间延迟，*表示共轭转置，sigi(n-τ)表示回波信号的复包络；
[0030] (4)对距离多普勒信息yi(fd，n)进行目标双门限检测航迹关联，并按照下式对航迹信息做修正补偿：
[0031] ρ(k+1)＝ρ(k)+fd(k)λT
[0032] 其中ρ(k+1)为补充得到的k+1时刻的距离和，ρ(k)为已知的k时刻的距离和，fd(k)为k时刻的多普勒值，λ为电台的发射波长，T为点迹时间间隔；
[0033] (5)对多站目标信息进行配对，判断是否检测到目标：
[0034] (5a)仿真计算多个站台观测同一个目标，得到多普勒配对门限Δfd和距离配对门限Δρ；
[0035] (5b)将第i个发射站测得的多普勒值fdi与第j个发射站测得的多普勒值fdj相减，如果多普勒差值小于多普勒配对门限Δfd，即fdi-fdj≤Δfd，并且多普勒值fdi，fdj不为零，则执行(5c)；
[0036] (5c)将第i个发射站测得的距离值ρi与第j个发射站测得的距离值ρj相减，如果距离差值小于距离配对门限Δρ，即ρi-ρj≤Δρ，并且所述距离值ρi和ρj不为零，则判断检测到目标，并执行步骤(5d)；
[0037] (5d)利用目标的距离信息，解算得到目标位置信息(x，y，z)，并令xk＝[x，y，z，0，0，0]T，k＝1，2，LM0，M0为检测到的目标点数；
[0038] (6)将步骤(5)中计算得到的前9次计算结果x1，x2，…，x9取平均值，得到初始状态估计
[0039] (7)以初始状态估计 作为滤波初值，进行扩展卡尔曼滤波，得到目标位置信息，并在三维坐标图中显示该目标位置，得到目标航迹。
[0040] 本发明具有以下优点：
[0041] (1)本发明由于采用水平极化天线分别指向各个发射站和目标方向，能够获得较纯净的直达波，同时减少回波信号中的多径杂波；此外由于本发明没有采用天线阵，系统运算量小。
[0042] (2)定位精度高。本发明由于采用自适应杂波相消算法，能够有效抑制多径杂波对测量结果的影响；同时由于本发明综合利用多个发射站联合定位，能够精确测量目标的信息，明显提高了目标定位跟踪精度。
[0043] (3)对发射站分布没有要求。由于本发明引入了扩展卡尔曼滤波算法，相比直接解算的方法，提高了发射站非均匀分布时的定位精度，且在保证高定位精度的前提下降低了对布站的要求，因此可行性更高。
[0044] (4)本发明由于采用目标双门限检测航迹关联方法，可以有效的抑制目标虚警点，降低航迹关联时的目标漏报，准确检测到目标的距离多普勒航迹。
附图说明
[0045] 图1是本发明的系统框图；
[0046] 图2是本发明的定位跟踪方法总流程图；
[0047] 图3是本发明中目标双门限检测航迹关联处理子流程图；
[0048] 图4是本发明的目标双门限检测航迹关联处理结果图；
[0049] 图5是本发明用三站配对得到的目标距离多普勒航迹图；
[0050] 图6是本发明用两最优站配对得到的目标距离多普勒航迹图；
[0051] 图7是本发明采用“三发一收”模式跟踪目标得到的水平面二维坐标图；
[0052] 图8是本发明采用“两发一收”模式跟踪目标得到的水平面二维坐标图；
[0053] 图9是本发明跟踪到的目标位置误差分布图。
具体实施方式
[0054] 下面结合附图详细说明本发明的内容和效果。
[0055] 参照图1，本发明的雷达系统主要由参考天线、信号天线、接收机A、接收机B、信号处理机、恒虚警检测与航迹处理模块和定位跟踪模块组成。其中，参考天线连接接收机A，信号天线连接接收机B，信号处理机输入端连接接收机A和接收机B，输出端连接恒虚警检测与航迹关联模块，恒虚警检测与航迹关联模块输出端连接定位跟踪模块。
[0056] 所述的参考天线和信号天线，均采用水平极化指向性天线，单个天线的波束宽度为22.5°，接收频段为87-110MHz；在系统工作过程中参考天线的主要作用是利用主瓣指向调频广播电台发射站，获取调频广播电台的直达波信号；信号天线主瓣指向目标航线方向，接收目标回波信号以及多径干扰。
[0057] 所述接收机A和接收机B，分别对参考天线接收到的直达波信号和信号天线接收到的回波信号进行混频以及滤波放大获得模拟中频信号，并使后端的信号处理机能够工作在最佳的线性范围，结果送给信号处理机。
[0058] 所述的信号处理机，将接收机A和接收机B输出的模拟中频信号进行A/D变换和数字下变频处理，分别得到数字基带直达波信号refi和数字基带回波信号sigi+Zi，并利用此直达波信号和回波信号依次进行自适应杂波相消和距离-多普勒二维相关运算，它主要由以下子模块组成：
[0059] 模数转换子模块，将接收机输出的模拟中频信号进行数字化，系统采用ICS554数据采集卡，但不限于此采集卡，采样率为100MHz，并将采样得到的数据传送给数字下变频处理子模块；
[0060] 数字下变频处理子模块，采用ICS554采集卡的数字下变频功能，但不限于此产品，将数字化以后的中频信号下变频到250Khz，并将下变频后的直达波信号和回波信号传输给杂波相消和距离-多普勒二维相关子模块；
[0061] 杂波相消和距离-多普勒二维相关子模块，对信号天线接收到的数据进行杂波相消，以消除其中的直达波和多径信号Zi，并利用相消结果sigi与直达波refi进行距离-多普勒二维相关运算，该二维相关运算的运算结果yi(fd，t)传送给恒虚警检测与航迹处理模块。
[0062] 所述的定位跟踪模块，用于对多普勒修正补偿的目标进行定位跟踪；首先进行多站信息配对，并且解算目标的位置信息，获得扩展卡尔曼滤波初始值，然后进行扩展卡尔曼滤波，得到目标的位置信息 ，实现精确定位跟踪，并在跟踪结果图中以点迹的形式显示。
[0063] 所述的恒虚警检测与航迹处理模块，用于对信号处理机的二维相关信号进行恒虚警检测和航迹处理，以获得目标航迹信息，它主要由以下子模块组成：
[0064] 点迹与航迹关联子模块，用于将距离-多普勒二维相关后输出的结果中超过给定检测门限的点与原有目标航迹进行关联，如果该点处于设定的关联门限内，则判断为检测到原有航迹上的目标，并将结果输送到多普勒修正补偿模块中，否则，将目标点送至航迹起始子模块；
[0065] 航迹起始子模块，采用滑窗法对点迹与航迹关联子模块输送来的目标点进行航迹起始判断，若判断有新的航迹形成则输出目标航迹给多普勒修正补偿子模块，否则，对目标点做舍弃处理；
[0066] 航迹消亡子模块，用于判断已经建立的航迹中哪些是需要继续跟踪的有效航迹，哪些是已经丢失目标而需要结束的航迹；当某条航迹连续丢点数超过用户设定的撤销门限时，认为目标超出探测范围，航迹撤销；否则，航迹维持；
[0067] 多普勒修正补偿子模块，根据距离信息的连续性以及短时间内目标速度近似不变的特性，外推缺失时刻的距离值，以弥补目标距离多普勒航迹的短暂的中断，对已建立的航迹进行修正补偿。
[0068] 系统工作过程中，参考天线接收直达波信号，并将直达波信号传送给接收机A，信号天线接收目标回波信号，并将目标回波信号传送给接收机B；接收机A和接收机B分别对直达波信号和回波信号进行滤波放大处理，并将滤波放大处理结果传送给信号处理机；信号处理机对接收机传送过来的模拟信号完成A/D变换，数字下变频处理，自适应杂波相消和距离多普勒二维相关运算，并将距离多普勒二维相关运算结果传送给恒虚警检测与航迹处理模块，完成目标的检测和航迹处理，并将检测到的目标传送给定位跟踪模块，解算目标位置并进行跟踪滤波，得到目标位置信息，并在水平面二维坐标图中显示。
[0069] 参照图2，本发明的无源雷达定位跟踪方法，其实现步骤如下：
[0070] 步骤1，调整各个参考天线方向，使主瓣分别指向各广播电台发射站，以获得尽可能纯净的直达波信号Di，信号天线对准目标航线方向，以减少信号天线接收到的多径信号Zi，同时信号天线接收由运动目标反射调频广播台发射信号Ri。
[0071] 步骤2，参考天线和信号天线接收到的信号分别经过接收机A和接收机B混频以及滤波放大后得到模拟中频信号，并将该模拟中频信号送给信号处理机。
[0072] 步骤3，在信号处理机中依次对两个接收机传送过来的信号进行模数变换和数字下变频DDC处理，得到数字基带直达波信号refi和回波信号sigi+Zi。
[0073] 步骤4，采用阶数为100的变步长LMS相消算法，对得到的直达波信号refi和回波信号sigi+Zi进行杂波相消处理，滤除调频广播台的直达波和多径信号Zi，获得提纯后的回波信号sigi。
[0074] 本步骤具体实现如下：
[0075] (4a)设定变步长LMS相消器的维数为100，权值向量初值 计数器n＝1，自适应杂波相消器权值向量初值w(0)维数为100×1；
[0076] (4b)计算第n步的自适应杂波相消器输出outp(n)：outp(n)＝w(n-1)T·Ri(n)，其T中w(n-1) 为第n-1步得到的自适应滤波器权值向量的转置，Ri(n)＝[refi(n)，refi(n+1)，T
L，refi(n+K)]，refi(n)表示直达波信号refi中的第n个数据；
[0077] (4c)计 算 第n 步 的 自 适 应 杂 波 相 消 器 输 出 误 差 e(n)：e(n) ＝[sigi(n)+Zi(n)]-outp(n)，其中sigi(n)+Zi(n)表示包含多径杂波的目标回波信号sigi+Zi中的第n个数据；
[0078] (4d)更新步长因子μ(n)： 其中μ0为设定的步长因子初始值，ε0为步长因子调节系数，*表示取共轭；
[0079] (4e)更新自适应杂波相消器权值向量w(n)：w(n)＝w(n-1)+μ(n)e(n)Ri(n)；
[0080] (4f)判断n是否大于L-100，如果n大于L-100则滤波结束，否则计数器n加1，并转到步骤(4b)继续运行，L为接收的直达波信号refi和包含多径杂波的目标回波信号sigi+Zi的数据长度。
[0081] 步骤5，用直达波信号refi以及提纯后的目标回波信号sigi按照下式做无源相干处理：
[0082]
[0083] 其中，yi(fd，n)为无源相干处理得到的距离多普勒信息，fd表示多普勒频移，n表示时间序列，τ表示时间延迟，*表示共轭转置，sigi(n-τ)表示回波信号的复包络。
[0084] 步骤6，对步骤5中得到的距离多普勒信息yi(fd，n)进行目标双门限检测航迹关联，得到虚警点较少的距离多普勒航迹信息。
[0085] 参照图3所示，本步骤具体实现如下：
[0086] (6a)设i为发射站编号，初始值为1；
[0087] (6b)选取第i个发射站的距离-多普勒二维相关后的结果yi(fd，t)，并令其最大值为：m＝max(yi(fd，t))，如果m大于给定检测门限d1，则转入步骤(6c)，否则转入步骤(6f)；
[0088] (6c)将m与原目标航迹进行关联，如果m与原航迹的预测值之差小于关联门限d2，判决检测到原航迹上的目标，同时将该原航迹丢失的点的个数S置零，并转到步骤(6f)；反之，对S加1，并转入步骤(6d)；
[0089] (6d)采用滑窗法检测新航迹，即用4/6逻辑起始，当连续的六帧数据中任意四帧处于关联门限d2内时，则认为有新航迹起始，并保存m值；否则转入步骤(6f)；
[0090] (6e)航迹消亡判定：设定航迹消亡门限为Tc，如果原航迹丢失的点的个数S≥Tc时，认为目标超出探测范围，航迹撤销；反之，航迹维持；转入步骤(6f)；
[0091] (6f)将发射站编号i加1，设N为发射站的总个数，如果i≤N则转入步骤(6b)，否则检测结束。
[0092] 步骤7，对步骤6检测到的目标航迹按如下公式做距离多普勒修正补偿：
[0093] ρ(k+1)＝ρ(k)+Vρ＝ρ(k)+fd(k)λT
[0094] 其中ρ(k+1)为补充得到的k+1时刻的距离和，ρ(k)为已知的k时刻的距离和，fd(k)为k时刻的多普勒值，λ为电台的发射波长，T为点迹时间间隔。
[0095] 步骤8，对多站目标信息进行配对，判断是否检测到目标。
[0096] 本步骤具体实现如下：
[0097] (8a)仿真计算多个站台观测同一个目标，得到多普勒配对门限Δfd和距离配对门限Δρ；
[0098] (8b)将第i个发射站测得的多普勒值fdi与第j个发射站测得的多普勒值fdj相减，如果多普勒差值小于多普勒配对门限Δfd，即fdi-fdj≤Δfd，并且多普勒值fdi，fdj不为零，则执行步骤(8c)；
[0099] (8c)将第i个发射站测得的距离值ρi与第j个发射站测得的距离值ρj相减，如果距离差值小于距离配对门限Δρ，即ρi-ρj≤Δρ，并且所述距离值ρi和ρj不为零，则判断检测到目标，并执行步骤(8d)；
[0100] (8d)利用目标的距离信息，解方程组：
[0101]
[0102] 其中(xR，yR，zR)表示接收站的坐标，(xTi，yTi，zTi)表示第i个发射站的坐标，rR表示目标与接收站的距离，rTi表示目标与此发射站的距离，Li表示接收站与此发射站之间的T基线距离；解算得到目标位置坐标(x，y，z)，并令xk＝[x，y，z，0，0，0]，k＝1，2，L M0，M0为检测到的目标点数。
[0103] 步骤9，将步骤8中的前9次计算结果x1，x2，…，x9取平均值，得到初始状态估计[0104] 步骤10，以初始状态估计 作为滤波初值，进行扩展卡尔曼滤波，得到目标位置信息 ，并在三维坐标图中显示该目标位置，得到目标航迹。
[0105] 本步骤具体实现如下：
[0106] (10a)令计数器k＝1；
[0107] (10b)计算第k步的观测矩阵：
[0108]
[0109] 其中 为第k-1步滤波输出 中的目标坐标，N为发射站的总个数，(x1，y1，z1)(x2，y2，z2)L(xN，yN，zN)分别表示各个发射站的坐标，r1、r2、L、rN分别表示目标与各个发射站的距离；
[0110] (10c)计算第k步滤波输出的预测值： 其中 I为3×3为单位矩阵，T为参数获取时间间隔， 为第k-1步的滤波输出；
[0111] (10d)计算第k步误差协方差矩阵的预测值： 其中Pk-1为第k-1步得到的滤波协方差阵，Qk为过程噪声协方差矩阵；
[0112] (10e)计算残差协方差矩阵： 其中Rk已知的观测噪声协方差矩阵；
[0113] (10f)计算第k步滤波器输出： 其中zk＝[ρ1(k)，ρ2(k)，L，ρN(k)]T，N为发射站的总个数；
[0114] (10g)更新滤波协方差阵：
[0115] (10h)计算目标的机动值：
[0116] (10i)根据步骤(10h)得到的目标的机动值J与设定的机动值J0的大小关系修改步骤(10d)中的Qk，如果目标的机动值J＜J0，则判决目标没有机动，观测噪声Qk＝Q0；若4
目标的机动值J≥J0，则目标有机动，Qk＝α×Q0，其中α大于10，Q0为已知的过程噪声协方差矩阵，其中设定的机动值J0为固定的经验值500；
[0117] (10j)将滤波器输出 在三维坐标图中显示，得到目标航迹；并判断计数器k是否大于检测到的目标点数M0，如果k＜M0，则将k加1，并转至步骤，10b)；否则，滤波结束。
[0118] 本发明的效果可通过以下实验结果进一步说明：
[0119] 1)实验条件：
[0120] 根据接收站位置关系建立坐标系，设接收机位于坐标原点，各个发射站的水平面坐标分别为T1(-32.5-33.2)km，T2(0，-45.2)km，T3(0，-50.5)km。本次外场试验中，接收天线的主瓣指向偏东45度，主要对这个方向航线上飞机进行探测跟踪；实验采用“两发一收”模式和“三发一收”模式的进行定位跟踪。
[0121] 2)实验效果：
[0122] 本实验得到目标双门限检测航迹关联处理结果如图4所示，其中横坐标表示多普勒，单位为Hz，多普勒为正表示目标为飞近雷达接收站，多普勒为负则表示为离去接收站，纵坐标表示距离单元；从图4中可以看出本实验检测到两个目标，目标一为远离接收站，由A1点被截获，一直追踪到B1位置；目标二为靠近接收站，由A2点被截获，一直追踪到B2位置。
[0123] 本实验配对得到的目标距离多普勒航迹图如图5所示，由图5可知，“三发一收”无源定位的最大目标距离取决于三站距离测量的最小值。但由于其中两站在远区可以较好的探测到目标，所以我们可以在远区使用“两发一收”的定位方法。
[0124] 图6是使用图5中探测性能最好的两站进行距离多普勒信息的配对，从图6可以看出，两站配对可以更充分的利用测量信息，增大目标的可定位距离。
[0125] 本实验利用“三发一收”模式跟踪所得目标的水平面二维坐标图如图7所示，其中横坐标表示x轴，纵坐标表示y轴，单位均为km。T1、T2、T3表示发射站的位置，R表示接收站的位置；图7中实线代表无源跟踪得到目标的航迹，而分散的点迹为直接解算出来的目标位置信息。图7中出现两个目标，目标一靠近接收站，从S1点位置跟踪到E1点；目标二远离接收站，从S2点跟踪到E2点；利用“三发一收”模式能够跟踪到距离接收站100km处的目标。
[0126] 本实验利用“两发一收”模式跟踪所得目标的水平面二维坐标图如图8所示，相比于图7，利用“两发一收”方法跟踪距离更远，能够跟踪到距离接收站200km处的目标。
[0127] 图9是本发明跟踪到的目标位置误差分布图，横坐标为目标与接收机的距离，单位为km，纵坐标为误差，单位为km；从图9跟踪曲线可以看出，直接解算的方法进行定位的误差在几公里的量级，在较远处甚至达到近5公里，而无源跟踪滤波则大大提高了精度，误差可以控制在0.5km以内，平均在300m左右；无源跟踪滤波的误差的标准差为0.3714km，直接解算的误差标准差为0.9411km。因此，在发射站非均匀分布情况下，相对于直接解算的方法，无源跟踪明显地提高了定位的精度，远区的目标定位精度提高尤为显著。
