一种基于广播信号无源定位的联合估计算法

摘要

本发明公开了一种基于广播信号无源定位的联合估计算法，该基于广播信号无源定位的联合估计算法为：通过对无源定位系统若干关键技术进行处理形成实用无源定位系统；在复杂多径环境下进行弱信号检测提取，并进行目标信号到达方向角(DOA)估计、波达信号时延(TD)估计和多谱勒频率(fd)估计三者联合估计。本发明从阵列信号处理的角度出发并考虑目标信号所处的复杂环境，对微弱目标信号时延、多谱勒频率检测以及信号波达方向估计进行发明，基于非合作照射目标无源探测技术的无源相干定位系统具有极强的隐蔽性，具备探测隐身目标的能力，又具有防低空突防的能力，因此，在现代战争环境中对我国的国防现代化具有重大战略意义。

权利要求

1.一种基于广播信号无源定位的联合估计算法，其特征在于，该基于广播信号无源定位的联合估计算法为：通过对无源定位系统若干技术进行处理形成实用无源定位系统；

在复杂多径环境下进行弱信号检测提取，并进行目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计；

所述若干技术为：

弱信号的检测和提取技术、目标反射信号到达角的检测技术、信号时延的估计技术、多普勒频率的检测技术；

对无源定位系统若干技术进行处理形成实用无源定位系统方法为：

通过前端阵列天线的接收，中间信号的处理从而在后端显示目标信号的具体位置信息和运动状态，构成实用无源定位系统；

改进折叠型三维辐射贴片结构中在保证带宽需求条件下缩减天线尺寸；

目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计方法具体步骤为：首先，对将阵列天线的接收到的能量衰减得非常厉害的非目标反射信号，经过小波分析的分解、自适应阈值选择以及重构从而检测和提取弱信号，所述小波分析将接收到的弱信号分成高频部分和低频部分，通过多层分解，重构时将每层的高频部分按照不同的阈值进行取舍，超出阈值的部分取阈值，低于阈值的部分取实际的值，从而提高信号的信噪比；

第二步，对多普勒频率进行估计：通过前期的弱信号检测，对接收到的提高了信号的信噪比的目标反射信号中，含有的在频率上有差别的多谱勒频率信号，通过本地的正弦和余弦信号进行同步输出并经过同步检测电路接收信号进行正交运算，提取多普勒频率；

具体为：经过正交推导以及电路滤波，多普勒频率部分公式如(1)，

(1)式中，

βj表示在空气中的传输因子，ψ(θj)表示含有目标信号方向角的函数，ω表示接收到的含有多普勒频率分量的目标反射信号的载波信号频率，ω0表示载波频率；

第三步，对DOA和时延进行联合提取：利用已经提取的多普勒频率以及ESPRIT算法中多普勒频率与DOA、信号时延的联合性进行矩阵变换和计算，从而提取出DOA和波达信号时延；

具体为：联合估计DOA和TD中，利用的ESPRIT算法，最后推导公式如(2)，公式中Rxx表示阵列自协方差，Rxy表阵列互协方差，γ表示阵列信号对应的特征值，I表示单位矩阵，A表示方向矩阵，AH表示方向矩阵的希尔伯特矩阵，P表示信源部分的协方差矩阵， 表示含有多普勒频率成分的方向矩阵；

通过得到的多普勒频率，然后利用ESPRIT算法进行参数配对即可得到DOA和TD。

2.如权利要求1所述的基于广播信号无源定位的联合估计算法，其特征在于，基于广播信号无源定位的联合估计算法具体包括以下步骤：改进折叠型三维辐射贴片结构，缩减天线尺寸：利用三维空间，延伸辐射贴片缩减天线尺寸达到天线小型化；

在保证天线小型化的前提下，增加陷波特性。

3.如权利要求2所述的基于广播信号无源定位的联合估计算法，其特征在于，增加陷波特性方法为：对各种静止的高大建筑物产生的静物回波，通过学习和训练，经过长时间的数据采集和分析，确定直达波，直达波之外的非目标反射信号的信号为静物回波信号，将有静物回波的地方给一个大小相同的反方向信号，从而使其矢量和为0，达到增加陷波特性。

4.如权利要求1所述的基于广播信号无源定位的联合估计算法，其特征在于，弱信号检测提取方法为：在复杂多径环境下，将阵列天线的接收到的能量衰减得非常厉害的非目标反射信号，经过小波分析的分解、自适应阈值选择以及重构从而检测和提取弱信号，小波分析为：将接收到的弱信号分成高频部分和低频部分，通过多层分解，重构时将每层的高频部分按照不同的阈值进行取舍，超出阈值的部分取阈值，低于阈值的部分取实际的值，对提高了信号的信噪比的目标反射信号捕捉。

5.如权利要求1所述的基于广播信号无源定位的联合估计算法，其特征在于，多普勒频率估计方法为：通过前期的弱信号检测，对接收到的提高了信号的信噪比的目标反射信号中，含有的在频率上有差别的多谱勒频率信号，通过本地的正弦和余弦信号进行同步输出并经过同步检测电路接收信号进行正交运算，从而提取多普勒频率。

6.如权利要求1所述的基于广播信号无源定位的联合估计算法，其特征在于，波达信号时延估计方为：通过接收到的目标反射信号与直达波或静物回波信号之间的时延差，从而计算目标信号的距离，对已经提取出来的多普勒频率，利用ESPRIT算法中多普勒频率和时延之间的联合关系，提取波达信号时延。

7.如权利要求1所述的基于广播信号无源定位的联合估计算法，特征在于，目标信号DOA估计方法为：DOA分辨力和测角精度运用ESPRIT算法进行测量，利用接收机测量的基本参量DOA、TD、fd为依据，对目标定位与跟踪，并对信号分选配对和建立工作区数据库，对已经提取出来的多普勒频率，利用ESPRIT算法中多普勒频率和DOA之间的联合关系，提取波达信号时延；

ESPRIT算法为：将传感器阵列分解为两个完全相同的子阵列，两个子阵中每两个相对应的阵元具有相同的平移，即阵列具有平移不变性，每两个位移相同的阵元匹配成对。

说明书

一种基于广播信号无源定位的联合估计算法

技术领域

[0001] 本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种基于广播信号无源定位的联合估计算法。

背景技术

[0002] 无源定位在现代战争中越来越受到人们的重视。尤其是我国仍没有比较精准的无源定位系统；无源定位的研究对我国国防将有重大意义。基于外辐射源的无源定位方法是以广播或调频广播的发射机等作为其辐射源的,采用广泛分布的大量廉价的接收无线代替单个的大型天线系统，在系统造价、系统的安全性等方面有较大的改善。具有反侦察、抗干扰、反隐身、抗反辐射武器等优势。对于各类有源雷达而言，我们知道它可以通过处理自身发射的已知电磁参数、接收从目标反射回来的电磁波来定位被探测目标的各类位置参数。但现代隐身技术通过吸收雷达电波、减小雷达角反射面、减少散射雷达电波，降低了此类雷达的效能。有源雷达因发射雷达波信号，自身的安全也受到威胁，因此一些国家开始发展无源被动探测雷达。由于无源雷达事先并不知道所要接收到的电磁波的特征和参数，所以它完成目标定位必须有足够快速和精细的电磁信号分析和鉴别能力，以确保在现代战争复杂的电磁环境下通过每个电磁信号的细微差别来区别定位发射或反射该电磁信号的目标。

[0003] 随着电子技术、超大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，对有源雷达系统出现了反辐射导弹(ARM)、目标隐身、电子综合干扰和超低空突防等“四大威胁”，直接破坏了一般雷达系统侦察的有效性和安全性。基于广播信号的无源定位系统是一种特殊的基于外辐射源的双(多)基地雷达系统。这类系统通过分析被目标反射的广播信号，以求通过近似地对目标回波信号的匹配滤波来实现普通商用飞机、直升机、隐形战机、巡航导弹等空中移动目标的定位跟踪，具有广阔的军用与民用应用前景。由于其自身不发射信号，也不需要目标发射信号，因而具有极强的隐蔽性，能够抗电子侦察并避免战时被敌方反辐射导弹摧毁，同时它又可避免来自相同工作频段的广播电台或广播台信号的干扰。因此，在现代电磁战争环境中对我国的国防现代化具有重大战略意义。而在民用(如民航空中管制)领域也将发挥重要作用，具有较大的社会经济价值。

[0004] 多年以来，国外很多科研机构一直在该领域进行研究。目前国际上除美国报道其研制成功“沉默哨兵”无源探测系统外，英国等少数西欧国家也研制开发了类似实验系统。由于保密等原因，除英、美两国公布了其部分研究成果外，国内外对这类无源相干定位系统的研制报道比较少见。据已经公开报道的资料显示，取得一定成功的系统主要有两种不同体系。一种以英国Howland.P.E博士报道的基于广播的无源双基地雷达等为主要代表，其主要特点包括：①系统只采集目标反射的回波信息，采用FFT处理获得目标的多普勒信息。②采用一对八阵元的八木天线，利用干涉仪原理获得目标的方位信息。③对方位和FFT处理结果进行匹配定位。另一种以美国洛克西德·马丁公司的“沉默哨兵”系统为代表，其特点是：
①系统既接收目标的反射波也同时接收直达波。②以直达波信号作为参考信号与目标回波进行相干处理，获取目标的时延和多普勒信息。③用相控阵天线(阵列天线)测量目标方向信息。④Tn-R多基地工作模式。另外，有的文献也这方面进行了阐述。

[0005] 国内对这一领域的研究相对起步较晚，二十世纪七十年代末，我国曾进行过利用广播广播信号探测飞机的试验，由于受当时的硬件和软件的限制，未能形成一个实用系统。目前有少数高校和研究院所做了部分相关技术的理论探索性研究，尚未有形成实用系统的报道。其中比较具有代表性的研究工作有：北京理工大学李硕等人提出的基于广播的多基地雷达系统的信号跟踪和滤波技术；华东电子工程研究所郑恒和中国科学技术大学王东等人提出的非合作照射目标探测技术中匹配滤波法；国防科技大学黄知涛、周一宇等人提出的利用调频(调幅)广播信号的循环平稳特性进行动目标时差提取方法，海军航空工程学院的曲长文、何友提出了基于广播或调频广播的非合作式双(多)基地雷达及关键技术,海装驻上海地区中心军事代表室严明提出了利用广播调频广播载波信号的双(多)基地雷达系统,北京理工大学电子工程系郭强等提出了利用接收广播信号的多站系统进行目标定位以克服距离模糊，杭州电子工业学院通信工程分院刘顺兰提出了利用有关算法测量波达方向。近几年也有很多学者对单站无源定位技术以及双多站无源定位技术进行了详细的论述。

[0006] 以上研究绝大多数是对波达方向、多普勒频率和波达时差的单方面研究，在三者的联合估计方面做得并不是很多，三者的联合估计对精准的定位有着重要的作用。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种基于广播信号无源定位的联合估计算法，旨在解决我国仍没有比较精准的无源定位系统，在波达方向、多普勒频率和波达信号时延三者的联合估计方面还不完善的问题。

[0008] 本发明是这样实现的，

[0009] 一种基于广播信号无源定位的联合估计算法，该基于广播信号无源定位的联合估计算法为：

[0010] 通过对无源定位系统若干技术进行处理形成实用无源定位系统；

[0011] 在复杂多径环境下进行弱信号检测提取，并进行目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计。

[0012] 进一步，所述若干技术为：

[0013] 弱信号的检测和提取技术、目标反射信号到达角的检测技术、信号时延的估计技术、多普勒频率的检测技术；

[0014] 对无源定位系统若干技术进行处理形成实用无源定位系统方法为：

[0015] 通过前端阵列天线的接收，中间信号的处理从而在后端显示目标信号的具体位置信息和运动状态，构成实用无源定位系统。

[0016] 进一步，基于广播信号无源定位的联合估计算法具体包括以下步骤：

[0017] 改进折叠型三维辐射贴片结构，缩减天线尺寸：利用三维空间，延伸辐射贴片缩减天线尺寸达到天线小型化；

[0018] 在保证天线小型化的前提下，增加陷波特性；

[0019] 在复杂多径环境下进行弱信号检测提取，并进行目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计。

[0020] 进一步，增加陷波特性方法为：

[0021] 对各种静止的高大建筑物产生的静物回波，通过学习和训练，经过一段时间的数据采集和分析，确定直达波，直达波之外的非目标反射信号的信号极为静物回波信号，将有静物回波的地方给一个大小相同的反方向信号，从而使其矢量和为0，达到增加陷波特性。

[0022] 进一步，弱信号检测提取方法为：

[0023] 在复杂多径环境下，将阵列天线的接收到的能量衰减得非常厉害的非目标反射信号，经过小波分析的分解、自适应阈值选择以及重构从而检测和提取弱信号，[0024] 小波分析为：将接收到的弱信号分成高频部分和低频部分，通过多层分解，重构时将每层的高频部分按照不同的阈值进行取舍，超出阈值的部分取阈值，低于阈值的部分取实际的值，对提高了信号的信噪比的目标反射信号捕捉。

[0025] 进一步，多普勒频率估计方法为：

[0026] 通过前期的弱信号检测，对接收到的提高了信号的信噪比的目标反射信号中，含有的在频率上有差别的多谱勒频率信号，通过本地的正弦和余弦信号进行同步输出并经过同步检测电路接收信号进行正交运算，从而提取多普勒频率。

[0027] 进一步，波达信号时延估计方为：

[0028] 通过接收到的目标反射信号与直达波或静物回波信号之间的时延差，从而计算目标信号的距离，对已经提取出来的多普勒频率，利用ESPRIT算法中多普勒频率和时延之间的联合关系，提取波达信号时延。

[0029] 进一步，目标信号DOA估计方法为：

[0030] DOA分辨力和测角精度运用ESPRIT算法进行测量，利用接收机测量的基本参量DOA、TD、fd为依据，对目标定位与跟踪，并对信号分选配对和建立工作区数据库，对已经提取出来的多普勒频率，利用ESPRIT算法中多普勒频率和DOA之间的联合关系，提取波达信号时延；

[0031] ESPRIT算法为：将传感器阵列分解为两个完全相同的子阵列，两个子阵中每两个相对应的阵元具有相同的平移，即阵列具有平移不变性，每两个位移相同的阵元匹配成对。

[0032] 进一步，目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计方法具体步骤为：

[0033] 首先对将阵列天线的接收到的能量衰减得非常厉害的非目标反射信号，经过小波分析的分解、自适应阈值选择以及重构从而检测和提取弱信号，所述小波分析将接收到的弱信号分成高频部分和低频部分，通过多层分解，重构时将每层的高频部分按照不同的阈值进行取舍，超出阈值的部分取阈值，低于阈值的部分取实际的值，从而提高信号的信噪比；

[0034] 第二步对多普勒频率进行估计：通过前期的弱信号检测，对接收到的提高了信号的信噪比的目标反射信号中，含有的在频率上有差别的多谱勒频率信号，通过本地的正弦和余弦信号进行同步输出并经过同步检测电路接收信号进行正交运算，提取多普勒频率；

[0035] 具体为：经过正交推导以及电路滤波，多普勒频率部分公式如(1)，[0036]

[0037] (1)式中，fd＝(ω-ω0)/2π，包含多普勒频率成分；

[0038] 式中m表示信号在整个电路系统传输过程中的衰减因子，βj表示在空气中的传输因子，ψ(θj)表示含有目标信号方向角的函数，ω表示接收到的含有多普勒频率分量的目标反射信号的载波信号频率，ω0表示载波频率；

[0039] 第三步对DOA和时延进行联合提取：利用已经提取的多普勒频率以及ESPRIT算法中多普勒频率与DOA、信号时延的联合性进行矩阵变换和计算，从而提取出DOA和波达信号时延；

[0040] 具体为：联合估计DOA和TD中，利用的ESPRIT算法，最后推导公式如(2)，[0041] Rxx-γRxy＝APAH-γAPφHAH＝AP(I-γφH)AH  (2)

[0042] 公式中Rxx表示阵列自协方差，Rxy表阵列互协方差，γ表示阵列信号对应的特征值，I表示单位矩阵，A表示方向矩阵，AH表示方向矩阵的希尔伯特矩阵，P表示信源部分的协方差矩阵，φH表示含有多普勒频率成分的方向矩阵；

[0043] 通过得到的多普勒频率，然后利用ESPRIT算法进行参数配对即可得到DOA和TD，参数配对即根据已经得到多普勒频率，然后利用不同的矩阵变化，由多普勒频率去推导出方向角和时延。

[0044] 进一步，所述改进折叠型三维辐射贴片结构中需在保证带宽需求条件下缩减天线尺寸。

[0045] 本发明从阵列信号处理的角度出发并考虑目标信号所处的复杂环境，对微弱目标信号时延、多谱勒频率检测以及信号波达方向估计进行发明，基于非合作照射目标无源探测技术的无源相干定位系统由于本身不发射信号，本发明也是在本身不发射信号，被动接收广播信号，具有极强的隐蔽性，具备探测隐身目标的能力，本发明中的表1、附图2和附图3的数据和图形说明了探测运动目标的准确性。又具有防低空突防的能力，因此，在现代战争环境中对我国的国防现代化具有重大战略意义，而要实现此系统，无源探测定位方法是至关重要的；

[0046] 本发明解决了对目标信号方位角的检测；解决了波达信号的时延；解决对目标信号距离的检测；解决了对目标信号DOA、时延和多谱勒频率等的联合估计。

[0047] 本发明当信噪比SNR＝-20dB时能够很好的提取原始信号，说明方法的有效性；

[0048] 针对多普勒频率为100Hz的广播信号提取多普勒频率，由说明书附图3可知，此方法能够精确提取多普勒频率；

[0049] 表1是对两个目标进行估计。根据已经检测到的多普勒频率来联合估计方位角DOA和时延TD，从表中不难看出，DOA的精度非常高，而TD有少许误差，从而证实了方法的有效性。

[0050] 表1DOA(°)和TD(s)

[0051]

附图说明

[0052] 图1是本发明提供的基于广播信号无源定位的联合估计算法了具体步骤流程图。

[0053] 图2是本发明提供的弱信号检测与提取图；

[0054] 图3是本发明提供的多普勒频率提取(多普勒频率为100Hz)图。

具体实施方式

[0055] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0056] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

[0057] 一种基于广播信号无源定位的联合估计算法，该基于广播信号无源定位的联合估计算法为：

[0058] 通过对无源定位系统若干技术进行处理形成实用无源定位系统；

[0059] 在复杂多径环境下进行弱信号检测提取，并进行目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计。

[0060] 进一步，所述若干技术为：

[0061] 弱信号的检测和提取技术、目标反射信号到达角的检测技术即目标信号DOA检测技术、信号时延的估计技术、多普勒频率的检测技术；

[0062] 对无源定位系统若干技术进行处理形成实用无源定位系统方法为：

[0063] 通过前端阵列天线的接收，中间信号的处理从而在后端显示目标信号的具体位置信息和运动状态，构成实用无源定位系统。

[0064] 如图1所示：基于广播信号无源定位的联合估计算法具体包括以下步骤：

[0065] S101：改进折叠型三维辐射贴片结构，缩减天线尺寸：利用三维空间，延伸辐射贴片缩减天线尺寸达到天线小型化；

[0066] 随着人们对移动设备的便携度要求逐渐提高，对于便携设备中天线的小型化需求紧迫，虽然已有不少方法能够通过改变天线结构，延长表面电流路径来实现天线小型化，但仅局限于对二维辐射贴片的改变，如何通过利用三维空间，延伸辐射贴片来实现小型化，是本发明的关键问题之一。

[0067] S102：在保证天线小型化的前提下，增加陷波特性；

[0068] S103：在复杂多径环境下进行弱信号检测提取，并进行目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计。

[0069] 进一步，所述增加陷波特性方法为：

[0070] 对各种静止的高大建筑物产生的静物回波，通过学习和训练，主要手段是经过一段时间的数据采集和分析，确定直达波，其余非目标反射信号的信号即为静物回波信号，将有静物回波的地方给一个大小相同的反方向信号，从而使其矢量和为0，达到增加陷波特性。

[0071] 进一步，弱信号检测提取方法为：

[0072] 在复杂多径环境下，将阵列天线的接收到的能量衰减得非常厉害的目标的非后向散射信号，经过小波分析的分解、自适应阈值选择以及重构从而检测和提取弱信号，小波分析的主要手段是将接收到的弱信号分成高频部分和低频部分，通过多层分解，重构的时候将每层的高频部分按照不同的阈值进行取舍，超出阈值的部分取阈值，低于阈值的部分取实际的值，从而实现信号的捕捉。

[0073] 进一步，多普勒频率估计方法为：

[0074] 多普勒频率的测量是信号处理的重点和难点，目标反射信号中含有的多谱勒频率很难提取出来，通过前期的弱信号检测，对接收到的提高了信号的信噪比的目标反射信号中含有的多谱勒频率信号，通过直达波或静物回波信号的比较计算，继而通过同步电路以及信号正交的方法测量和提取多普勒频率。

[0075] 直达波信号是直接接收到的信号，没有多普勒成分，而动目标反射信号处于运动中会有多普勒频率成分，在频率上会有差别，提取多普勒频率的时候关键是提供的本地的正弦和余弦信号进行同步输出，这就需要同步检测电路来保证从而完成和接收信号进行相关的正交运算。

[0076] 进一步，波达信号时延估计方为：

[0077] 通过接收到的目标反射信号与直达波或静物回波信号之间的时延差，从而计算目标信号的距离，利用已经提取出来的多普勒频率，同时，利用ESPRIT算法中多普勒频率和时延之间的联合关系，提取波达信号时延。

[0078] 进一步，目标信号DOA估计方法为：

[0079] DOA分辨力和测角精度运用MUSIC算法、ESPRIT算法进行测量，利用接收机测量的基本参量DOA、TD、fd为依据，对目标定位与跟踪，并对信号分选配对和建立工作区数据库，利用已经提取出来的多普勒频率，同时，利用ESPRIT算法中多普勒频率和DOA之间的联合关系，提取波达信号时延。

[0080] ESPRIT是“Estimating signal parameters viarotational invariance techniques”的缩写，含义是“借助旋转不变技术估计信号参数”，它是由Roy[221等人于1986年提出的另一种基于子空间的DOA估计方法。ESPRIT的思想在于，将传感器阵列分解为两个完全相同的子阵列，两个子阵中每两个相对应的阵元具有相同的平移，即要求阵列具有平移不变性，每两个位移相同的阵元匹配成对。实际中许多阵列满足这个条件，比如等距直线阵。

[0081] 进一步，目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计方法具体步骤为：

[0082] 首先对将阵列天线的接收到的能量衰减得非常厉害的非目标反射信号，经过小波分析的分解、自适应阈值选择以及重构从而检测和提取弱信号，小波分析的主要手段是将接收到的弱信号分成高频部分和低频部分，通过多层分解，重构的时候将每层的高频部分按照不同的阈值进行取舍，超出阈值的部分取阈值，低于阈值的部分取实际的值，从而提高信号的信噪比。

[0083] 第二步，对多普勒频率进行估计，多普勒频率的测量是信号处理的重点和难点，目标反射信号中含有的多谱勒频率很难提取出来，通过前期的弱信号检测，对接收到的提高了信号的信噪比的目标反射信号中含有的多谱勒频率信号，通过直达波的比较计算，继而通过同步电路以及信号正交的方法测量和提取多普勒频率，直达波信号是直接接收到的信号，没有多普勒成分，而动目标反射信号处于运动中会有多普勒频率成分，在频率上会有差别，提取多普勒频率的时候关键是提供的本地的正弦和余弦信号进行同步输出，这就需要同步检测电路来保证从而完成和接收信号进行相关的正交运算；

[0084] 具体为：经过各种推导以及电路滤波，多普勒频率部分公式如(1)，[0085]

[0086] (1)式中，fd＝(ω-ω0)/2π，包含多普勒频率成分；式中m表示信号在整个电路系统传输过程中的衰减因子，βj表示在空气中的传输因子，ψ(θj)表示含有目标信号方向角的函数，ω表示接收到的含有多普勒频率分量的目标反射信号的载波信号频率，ω0表示载波频率；

[0087] 第三步对DOA和时延进行联合提取，利用已经提取的多普勒频率以及ESPRIT算法中多普勒频率与DOA、信号时延的联合性进行矩阵变换和计算，从而提取出DOA和波达信号时延；具体为：联合估计DOA和TD中，利用的ESPRIT算法，最后推导公式如(2)，[0088] Rxx-γRxy＝APAH-γAPφHAH＝AP(I-γφH)AH  (2)

[0089] 公式中Rxx表示阵列自协方差，Rxy表阵列互协方差，γ表示阵列信号对应的特征值，I表示单位矩阵，A表示方向矩阵，AH表示方向矩阵的希尔伯特矩阵，P表示信源部分的协方差矩阵，φH表示含有多普勒频率成分的方向矩阵；

[0090] 通过得到的多普勒频率，然后利用ESPRIT算法进行参数配对即可得到DOA和TD，参数配对即根据已经得到多普勒频率，然后利用不同的矩阵变化，由多普勒频率去推导出方向角和时延。

[0091] 目标信号DOA、波达信号时延和多谱勒频率的联合估计一直是无源定位的难点，能够通过测得的数据来对信号参量进行联合估计是非常必要的。

[0092] 图2是本发明提供的弱信号检测与提取图；当信噪比SNR＝-20dB时能够很好的提取原始信号，说明方法的有效性。

[0093] 图3是针对多普勒频率为100Hz的广播信号提取多普勒频率的图例，由图3可知，此方法能够精确提取多普勒频率。

[0094] 表1是对两个目标进行估计。根据已经检测到的多普勒频率来联合估计方位角DOA和时延TD，从表中不难看出，DOA的精度非常高，而TD有少许误差，从而证实了方法的有效性。

[0095] 表1DOA(°)和TD(s)

[0096]

[0097] 本发明从阵列信号处理的角度出发并考虑目标信号所处的复杂环境，对微弱目标信号时延、多谱勒频率检测以及信号波达方向估计进行发明，基于非合作照射目标无源探测技术的无源相干定位系统由于本身不发射信号，本发明也是在本身不发射信号，被动接收广播信号，具有极强的隐蔽性，具备探测隐身目标的能力，本发明中的表1、附图2和附图3的数据和图形说明了探测运动目标的准确性。又具有防低空突防的能力，因此，在现代战争环境中对我国的国防现代化具有重大战略意义，而要实现此系统，无源探测定位方法是至关重要的；

[0098] 本发明解决了对目标信号方位角的检测；解决了波达信号的时延；解决对目标信号距离的检测；解决了对目标信号DOA、时延和多谱勒频率等的联合估计。

[0099] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。