本书主要论述了无源目标定位跟踪的原理与技术，结合该领域的发展特点，详细介绍了无源定位的背景概念与基础理论、信号参数估计和定位跟踪方法。全书共6章，主要内容包括无源定位的基本特点以及评价标准、时变时频差参数提取方法、雷达信号用户检测与分选、野值检测与时频差参数融合、网格粒子滤波时差定位跟踪技术、基于时差与测向的多维信息测量融合定位技术等。

本书适合高等院校信号分析与处理、雷达信号处理、电子信息工程等相关方向的

高年级本科生或研究生使用，也可供从事电子侦察、雷达工程、信号处理以及目标态

势感知等领域的广大专业技术人员参考。

目录

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 典型的无源定位体制

1.2.1 单一手段定位体制

1.2.2 组合手段定位体制

1.3 目标跟踪基本方法及特点

1.3.1 目标跟踪基本框架

1.3.2 卡尔曼滤波理论及其发展

1.3.3 粒子滤波理论及其发展

1.4 定位跟踪评价标准

1.4.1 常用评价指标

1.4.2 估计偏差与均方根误差

1.4.3 定位克拉美 - 罗界

1.4.4 约束克拉美 - 罗界

1.4.5 定位 GDOP

1.4.6 跟踪 PCRLB

1.5 后续章节安排

参考文献

第 2 章 时变时频差参数估计技术

2.1 信号接收模型

2.1.1 时变时频差形成

2.1.2 基于互模糊函数的时频差估计

2.2 基于运动补偿的时变时频差估计方法

2.2.1 包络部分的速度差补偿

2.2.2 载频部分的加速度差补偿

2.2.3 基于 CZT 的时频差精确估计

2.3 时频差估计精度分析

2.3.1 接收信号时延与多普勒频移估计精度的 CRLB

2.3.2 相关输出信噪比分析

2.3.3 时频差估计精度 CRLB

2.4 时变时频差估计仿真与试验验证

2.4.1 运动参数补偿效果仿真

2.4.2 时变时频差估计精度仿真

2.5 本章小结

参考文献

第 3 章 雷达信号分选技术

3.1 常见雷达信号分选算法

3.2 直方图分选算法

3.2.1 累积差值直方图分选算法

3.2.2 序列差值直方图分选算法

3.2.3 PRI 搜索阈值设置

3.2.4 序列搜索算法

3.3 雷达脉冲配对算法

3.4 分选算法仿真及性能分析

3.5 本章小结

参考文献

第 4 章 基于野值检测的时频差参数融合

4.1 现有的野值剔除算法基本情况

4.2 时差频差野值检测剔除与融合算法

4.2.1 基于统计假设检验的参数预处理技术

4.2.2 基于卡尔曼滤波的时频差参数融合技术

4.3 基于变分贝叶斯近似的时频差参数预处理技术

4.3.1 变分贝叶斯近似的参数预处理基本原理

4.3.2 数据仿真验证与分析

4.4 本章小结

参考文献

第 5 章 网格粒子滤波目标时差定位跟踪技术

5.1 时差定位算法基本情况

5.1.1 现有时差定位算法基本特点

5.1.2 三站时差定位闭式解析法

5.1.3 多站时差线性校正定位算法

5.2 基于静态网格粒子滤波的时差定位技术

5.2.1 网格粒子滤波技术基本原理

5.2.2 基于静态网格粒子滤波的时差定位基本原理及实现步骤

5.2.3 定位过程中网格粒子滤波粒子权重分布分析

5.3 静态网格滤波时差定位影响因素分析

5.3.1 时差误差大小的影响

5.3.2 网格划分大小的影响

5.3.3 目标位于网格交叉点上的特例

5.3.4 仿真结果影响因素分析

5.4 基于网格粒子滤波的时差跟踪算法

5.4.1 网格滤波跟踪实现关键问题

5.4.2 自适应网格滤波跟踪实现步骤

5.4.3 数据处理结果

5.5 本章小结

参考文献

第 6 章 基于时差与测向多维测量融合定位

6.1 多源信息融合定位的意义

6.2 时差与测向联合定位迭代求解算法

6.2.1 时差与测向联合定位模型

6.2.2 时差与测向牛顿迭代定位算法

6.3 基于网格粒子滤波的时差与测向多维测量融合定位

6.4 时差与测向联合算法仿真分析

6.4.1 时差与测向联合定位理论精度分析

6.4.2 时差与测向联合定位精度仿真

6.5 本章小结

参考文献

前言

对目标的精确定位与跟踪是打赢现代信息化局部战争的一项重要功能要求，在军事领域和民用领域都得到了广泛而深刻的应用。然而，人们面对的定位跟踪环境却日益复杂，目标高精度定位与跟踪的实现也受到诸多新的挑战。

第一，日益复杂的环境噪声和强电磁干扰、器件稳定度不够等因素导致系统得到的定位参数存在野值点，使得现有算法无法得到目标位置等态势信息或者出现与实际位置十分偏离的 “跳跃点”，严重影响了系统输出态势信息的可靠性。

第二，由于系统误差、接收误差、处理误差等因素的存在，系统接收目标信号所获取的目标定位参数存在噪声、前后不够平滑且测量误差分布特性未知，间接影响定位跟踪性能，使得现有系统得到的目标态势信息与目标实际的运动变化规律不符，严重影响系统的可信度。

第三，系统观测高度非线性、辐射源强机动性导致目标精确定位与跟踪难以实现，并且测量误差分布特性更为复杂未知，在此条件下，很多算法在实际应用过程中的表现不能令人满意，甚至有时候算法发散不收敛，严重影响系统的稳定性和稳健性。

面对目标定位跟踪领域存在的挑战，为了提升目标定位跟踪精度，本书编排围绕以下 3 个关键问题展开。

（1）数据预处理问题。正所谓 “磨刀不误砍柴工”，实际系统定位参数估计一般存在野值，严重时导致输出的目标定位结果存在 “跳跃点”，甚至引起跟踪结果发散，影响了系统的目标态势获取能力，因而对定位估计参数进行预处理十分必要。预处理的作用主要有两个：一是对偏离真值较大的参数估计野值点进行检测并进行剔除；二是对系统通过接收目标信号所获取的目标定位参数进行平滑，以使测量参数能够反映出目标的运动特性，使得现有系统得到的目标态势信息符合目标实际的运动变化规律。

（2）目标定位跟踪算法研究。“工欲善其事，必先利其器”，现有的目标定位跟踪算法中，扩展卡尔曼滤波作为应用最为广泛的非线性滤波算法，其跟踪精度较高。但当利用局部线性化方法来处理非线性问题时，截断效应会对目标跟踪精度带来影响，严重时造成滤波发散。此外，基于卡尔曼滤波框架的跟踪算法需要已知目标状态过程噪声和参数测量误差的分布特性，实际往往不能满足，这使得卡尔曼滤波算法估计效果大打折扣，需要进一步开展测量误差分布未知、测量不平滑条件下的目标定位跟踪方法研究。

（3）多维测量信息融合研究。“问渠那得清如许，为有源头活水来”。在目标定位跟踪领域，利用目标不同维度的观测信息进行多维信息融合观测，将大大提升系统的态势感知能力。然而增加定位观测信息以后，系统的复杂度将显著增大，因此，研究对应的融合定位方法十分必要。作为应用最广的测向、时差无源定位体制，该两种测量信息与目标位置直接相关，研究针对该两种测量信息的高效稳健融合算法，可进一步提升系统的态势获取能力。

总的来说，本书围绕如何提升现有无源定位系统的目标态势感知能力，首先从源头出发，建立了定位跟踪评价标准，然后分别分析了时差、测向等无源定位体制的定位特点；接着从降低野值影响、提高定位参数精度出发，通过野值在线检测与重估、变分贝叶斯算法参数平滑，使输入定位系统的目标定位参数估计误差得到平滑降噪；再进一步利用传感器探测范围、目标分布等先验信息，利用网格粒子滤波算法和降噪后的定位参数，对目标位置进行后验概率密度加权，提升定位精确度和稳健性；最后，利用时差与测向均直接与目标位置相关的特点，将两种测量信息通过网格粒子滤波进行直接融合，克服单一定位系统的信息局限，增加系统的定位能力。

本书共分 6 章，第 1 章为绪论，主要列举典型的无源定位体制基本原理、目标跟踪基本方法及特点，并重点介绍了定位跟踪评价标准。第 2 章从信号接收模型出发，介绍了时变时频差参数估计技术。第 3 章主要介绍了以雷达信号为代表的多目标信号分选配对技术。第 4 章主要讨论了时频差参数预处理方法。第 5 章讨论了时差定位算法，并重点介绍了基于网格粒子滤波的时差定位跟踪技术。第 6 章基于信息融合的角度，介绍了时差与测向信息联合的多维测量融合定位技术。

本书是课题组师生在近年来的探索研究、试验实践基础上总结归纳出来的。内容主要取材于各阶段的研究、论证、试验报告，以及期间从事相关研究的博士及硕士研究生论文内容。第 1、2 章由邓兵、孙正波、党同心编写，第 2 章由杨宇翔、孙正波、冯文涛编写，第 3 章由贺青、党同心编写，第 4 章由邓兵、孙正波编写，第 5 章由邓兵、杨宇翔编写，第 6 章由邓兵、冯文涛编写。全书由邓兵统稿，冯文涛、姚山峰校正。

本书的编写得到了多位领导和专家的支持和帮助。信号盲处理全国重点实验室游凌研究员、熊瑾煜研究员、陆路希主任、王帆副主任、李强副主任、彭华峰博士等对本书的编写给予了大力支持，信息工程大学黄洁教授等审阅了本书并提出了修改意见，在此一并表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中疏漏和不当之处在所难免，恳请读者批评指正。