基于GNSS信號被動雷達(dá)的定位方法研究中期報告

基于GNSS信號被動雷達(dá)的定位方法研究中期報告一、研究背景及意義隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）已成為定位、導(dǎo)航和時間同步的重要手段和基礎(chǔ)設(shè)施，可支持從消費(fèi)者級到軍事級的各種應(yīng)用，如車輛導(dǎo)航、無人駕駛、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、精密測繪和地震預(yù)警等。傳統(tǒng)的GNSS接收機(jī)主要依靠接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號，實(shí)現(xiàn)定位、導(dǎo)航和時間服務(wù)。然而，在某些應(yīng)用場景下，GNSS信號的可用性受到信號遮擋、多徑效應(yīng)、信號干擾和惡意攻擊等因素的影響，可能導(dǎo)致定位精度下降或失效。因此，需要尋找一種或多種輔助手段，提高GNSS信號的魯棒性和可靠性。被動雷達(dá)（PassiveRadar）是一種基于接收目標(biāo)反射的電磁信號來進(jìn)行目標(biāo)探測和定位的無源系統(tǒng)，具有無干擾、低成本、隱蔽性好、易于部署等特點(diǎn)。被動雷達(dá)主要有兩種類型：基于廣播電視或雷達(dá)信號的被動雷達(dá)和基于通信信號的被動雷達(dá)，其中后者被廣泛研究和應(yīng)用?；谕ㄐ判盘柕谋粍永走_(dá)依靠接收在目標(biāo)與通信基站之間傳播的通信信號，從中提取目標(biāo)反射信號，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位。通信信號的載頻、碼型和調(diào)制方式等信息可以從公共頻段或授權(quán)頻段中獲取，具有較廣泛的應(yīng)用范圍，如物聯(lián)網(wǎng)、5G、衛(wèi)星通信等。目前，被動雷達(dá)技術(shù)已在軍事、民用和科研領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和研究。被動雷達(dá)的定位精度和性能受到多種因素的影響，如信噪比、多路徑效應(yīng)、目標(biāo)回波強(qiáng)度等。因此，如何充分利用多種輔助信號，提高定位精度和魯棒性，是被動雷達(dá)研究的重要問題之一。通過結(jié)合GNSS信號和被動雷達(dá)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性、低成本的地面或空中目標(biāo)定位，具有實(shí)際應(yīng)用價值和研究意義。二、主要研究內(nèi)容本研究基于GNSS信號和被動雷達(dá)技術(shù)，探討了一種基于多輔助信號的被動雷達(dá)定位方法，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：1.建立基于信號模型的被動雷達(dá)定位模型。對通信信號的載頻、碼型、調(diào)制方式和發(fā)射功率等進(jìn)行建模，分析目標(biāo)反射信號的時延、多普勒頻移特性，并推導(dǎo)被動雷達(dá)的測量方程。2.分析GNSS信號和其他輔助信號的特點(diǎn)和應(yīng)用。探討利用GNSS信號、廣播電視信號、氣象雷達(dá)信號等多種輔助信號進(jìn)行被動雷達(dá)定位的方法和技術(shù)，分析輔助信號對被動雷達(dá)定位性能的影響和貢獻(xiàn)度。3.研究基于卡爾曼濾波的多輔助信號融合算法。利用卡爾曼濾波算法，融合GNSS信號、廣播電視信號、氣象雷達(dá)信號等多種輔助信號，提高目標(biāo)跟蹤和定位的精度和魯棒性。4.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)被動雷達(dá)定位實(shí)驗(yàn)平臺。建立適合本研究的實(shí)驗(yàn)平臺，包括輔助信號采集、被動雷達(dá)接收、信號處理和定位算法實(shí)現(xiàn)等組成部分，對被動雷達(dá)定位技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和評估。三、研究進(jìn)展及成果截至目前，本研究已完成以下工作：1.建立了基于信號模型的被動雷達(dá)定位模型，推導(dǎo)了測量方程和理論誤差分析。2.對GNSS信號和其他輔助信號的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了探討，分析了不同輔助信號對被動雷達(dá)定位性能的影響。3.研究了基于預(yù)處理信號的融合算法，設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行了驗(yàn)證。4.完成了基于USRP軟件無線電平臺的被動雷達(dá)接收實(shí)驗(yàn)，采集了目標(biāo)反射信號和輔助信號，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和分析。下一步，計(jì)劃完成以下工作：1.進(jìn)一步研究基于卡爾曼濾波的多輔助信號融合算法，分析不同輔助信號的權(quán)值分配和采樣頻率問題。2.繼續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)平臺的硬件和軟件部分，增加復(fù)雜環(huán)境下的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。3.推廣被動雷達(dá)技術(shù)在領(lǐng)域的應(yīng)用，如車聯(lián)網(wǎng)、航空導(dǎo)航、安防監(jiān)控等。四、結(jié)論與展望本研究基于GNSS信號和被動雷達(dá)技術(shù)，探討了一種基于多輔助信號的被動雷達(dá)定位方法，已取得初步進(jìn)展。隨著研究的深入，可