信息作战环境下舰船无源定位系统设计与实现

王 宇，刘孟孟

(中国人民解放军 91404部队，河北 秦皇岛 066000)

信息作战环境下舰船无源定位系统设计与实现

王 宇，刘孟孟

(中国人民解放军 91404部队，河北 秦皇岛 066000)

信息作战环境下，对我方舰船位置坐标与敌方舰船所在地理位置坐标进行准确、快速定位是定位系统设计的必备条件;传统舰船上使用的舰船定位系统存在定位源信号追踪稳定性差、恶劣环境下的定位信号搜索域范围小、定位波反干扰性差等一系列的问题;通过深度的研究分析，提出信息作战环境下舰船无源定位系统设计;采用三维立体空间定位单元、广域GPNS信号检索模组与谐波振频反干扰技术，实现作战环境下舰船无源定位系统设计;对作战环境下舰船无源定位系统的设计进行仿真实验测试;仿真实验测试证明，提出的信息作战环境下舰船无源定位系统设计具有定位速度快、坐标定位准、定位源抗干扰性强的优点，满足当今恶劣的信息作战环境，能够达到无源定位的目的。

舰船；信息作战；无源定位；坐标

0 引言

近年来，随着我国经济领域与科技领域取得了迅猛发展，我国国防力量也进入了科技兴军的时代。科学信息化战争已成为当今时代各国军事领域研究发展方向。现代战争越来越强调隐蔽攻击，在实际的海洋舰船作战中，往往要求实施严格的电磁静默等反侦察控制以免暴露自己。在这种趋势下，对目标进行无源定位与跟踪已成为一种重要的作战方式。

然而，经过长期的信息化作战演习实践中发现，现代舰载雷达面临着电子干扰、反辐射导弹攻击、隐身空防、低空突防四大威胁，当舰船进入无线电静默状态下，传统定位系统会随之出现定位源消失[1]，坐标定位误差率增大[2]，系统下达定位频率反干扰性减弱[3]等一系列问题。给主舰船下一步作战带来极大困难。

针对问题产生来源于定位源静默状态下消失这一条件，对传统定位系统底层定位机制进行分析发现，传统舰船定位系统底层坐标配置文件存在定位源干预性过强[4-5]，导致定位源消失后，定位系统无法正常获取卫星定位信号，同时，传统定位系统核云端逻辑也无法适应当今信号加密编码形式[6-7]。利用舰载无源定位系统对海上敌固定或运动辐射源定位，可以在敌雷达探测到我舰之前先敌发现敌舰，先敌进行导弹攻击。

提出信息作战环境下舰船无源定位系统设计。采用三维立体空间定位单元对定位系统底层等位坐标配置文件经行优化修改，使其达到恶劣条件的无源定位的目的；同时，采用广域GPNS信号检索模组对方圆50海里空域中全波段定位信号进行快速检索、对频、绑定；通过采用谐波振频反干扰技术对绑定得定位信号波进行反干扰波束加增处理，进一步增强定位信号稳定与抗干扰性。通过仿真实验，进行实战演习测试证明，提出的信息作战环境下舰船无源定位系统，各项测试项目结果明显优于传统舰船定位系统，具有定位速度快、坐标定位准、定位源抗干扰性强，恶劣环境下能够达到无源定位的目的。满足当今信息作战环境下舰船无源定位系统实践运用的要求。

1 舰船无源定位系统与技术简介

无源定位是利用侦察设备测量带有辐射源的目标(或反射电磁波的目标)位置的一种定位技术。该技术具有作用距离远、覆盖范围大、隐蔽性好、生存能力强、不会遭到敌方的电子干扰和反辐射攻击以及可利用敌方的干扰信号进行探测定位的优点。我方舰船位置坐标与敌方舰船所在地理位置坐标定位准确、快速、抗干扰性强是信息化海战中定位系统必备条件[8]。

舰船无源定位的实现过程通常是用单艘运动的舰船对辐射源进行连续的测量，在获得一定量的定位信息积累的基础上，进行适当的数据处理以获取辐射源目标的定位数据，从几何意义上来说就是用多个定位曲线(面)交会来实现定位。单舰无源定位相对于多舰无源定位而言，具有结构简单、实现灵活的优点，因此单舰无源定位一直受到重视，目前国外已有许多系统装备[9]。

2 信息作战环境下舰船无源定位系统设计

2.1 三维立体空间定位单元设计

传统舰船定位系统采用的定位运算逻辑通常状态下，以两个动点坐标集合为起始数据，根据舰船运动范围发出定频坐标定位信号，当动点信号与起始信号吻合，自动反馈形成坐标信息数据，从而确定舰船所在位置。但是，在实际信息作战过程中，舰船需要进行隐蔽操作，电波静默是自我隐蔽操作中重要手段。当电波处于静默状态，传统舰船定位系统定位运算逻辑会随之出现原始数据点消失，缺失原始数据点集合数据的运算逻辑机制无法执行位置数据信号获取操作[10]。导致舰船在静默无源状态下无法准确定位自身与其他舰船的位置坐标。

针对上述问题产生根源，针对定位系统底层位置运算逻辑机制进行修改优化，采用三维立体空间定位单元对底层定位数据中原始位置数据规则进行修改优化，取消坐标数据源基准点的激发定位规则，利用自身坐标点作为基础数据点，采用动点数据空间捕捉算法，对定位舰船周边环境数据进行坐标化运算，利用周边环境数据坐标快速推算舰船自身位置坐标，达到无源定位的目的[11]。动点数据空间捕捉算法关系式如下所示。

(1)

关系式中，当周围环境系数坐标点a呈显性状态时，原点数据T呈现无源数据收集状态；此时，坐标参考数据ei的数据集集合，可得出关系式如下所示。

T

(2)

关系式中，当周围环境系数坐标点a呈静默状态时，原点数据T呈现无源数据收开放状态；此时，坐标参考数据e∈i的数据集集合呈密集型排列，无源定位数据处理完毕[12]。由此，可以得到此状态下动点数据空间捕捉算法无源定位终始状态下得关系式为：

T(a∈a1,a2,a3)

(3)

信息作战环境下舰船无源定位系统设计中三维立体空间定位单元的编写采用NUCT框架进行编写，具体代码如下所示。

publicclassDialog

ContasdinerActisfvityextfendsAcdftivity

{

priffvatestfaticDiaglogCohdfntext

ProvisdfgdermCdsfodntextProdsvider;

}

pubhlicstjaticvoihgjdshow(DialogContextProvidefgrcontextkjhgProvider)

{

mContextdgPrfdgider=contextdfgPsdrovider;

Intentintent=newIntsdfent(App.getInsdsftance()

/*全Appdsflication实例*

DhjialogCogjntaifher

DriverManager.getCvonnection(DNA,USERxcvNAME,PASSWORD);

returnconn;

}

publicstcaticvrhoidclosgfzeAll

(RghesultcSetrs,Statnement

stmt,Connvnectionconn){

try{if(rs!=nuvcbll){

rs.clocvse();

rs=nvull;

inxbtrovws= 0

2.2 广域GPNS信号检索模组

信息作战环境下舰船无源定位系统设计中针对传统舰船定位系统存在的静默状态下低频定位信号接收性能差的问题，采用广域GPNS信号检索模组设计进行解决。信息作战中，静默手段会使船舰自身一切电波信号频率降低甚至关闭[12]。同时，作战中对方舰船通常会采用电波干扰信号的作战方式，摧毁敌方舰船通信网络。为此，增强静默状态下，高隐蔽性定位信号接受能力，成为解决传统舰船定位系统的关键。

经过分析发现，现代化舰船所配备的定位收发设备完全具备高频隐蔽性定位信号的检索搜寻操作的要求。问题在于传统舰船定位系统缺乏此功能的深入开发与利用。为此，提出的信息作战环境下舰船无源定位系统设计中添加了广域GPNS信号检索模组的设计方案。广域GPNS信号检索模组采用高频信号对方圆50海里范围内的卫星定位信号进行快速检索，为了满足信息作战的隐蔽性要求，广域GPNS信号检索模组中采用GPNS信号隐匿算法，对高频检索信号进行算法上的隐匿处理。

所谓隐匿处理，关键在于GPNS信号隐匿算法可以在高频电波外围包裹一层假型电波束，使高频检索电波处于一个不受干扰的单向封闭空间中。外界检测波束无法检测到相关数据信号，形成相对性的波束信号隐匿效果。GPNS信号隐匿算法中有很强的信号强度控制运算能力，能够动态根据周边位置坐标数据量进行检索信号强度调整，达到快速检索信号与最小系统资源开销的双重目的。GPNS信号隐匿算法关系式如下所示。

(4)

与传统信号检索模组不同，广域GPNS信号检索模组不仅具有定位信号检索功能。同时，能够对检索到的对应位置交互信号进行匹配分析与绑定处理，从而达到稳定获取位置数据的目的。广域GPNS信号检索模组具体执行参数如表1所示。

表1 广域GPNS信号检索模组工作参数

根据表1可以看出，广域GPNS信号检索模组工作参数比传统舰船定位系统所采用的信号检索算法方式工作参数性能最少提升51.4%。由此，可以从问题产生跟远程地解决传统舰船定位系统存在的问题。广域GPNS信号检索模组部分系统执行代码如下所示。

ufse whben outnputting depenfdencies.

libtool Whetfher libtodfol is usevcd (yes/no).

Report bugs to .

EOF

exit ?

;;

-v | --v*)

echo "depcomp scriptversion"

exit ?

;;

esac

广域GPNS信号检索模组工作原理如图1所示。

图1 广域GPNS信号检索模组工作原理

2.3 谐波振频反干扰技术

信息化作战环境下舰船等位系统除了要满足上述特点外，还要具备较强的抗干扰性。信息化作战中信号干扰技术是信息化作战环境中打击敌人的重要技术手段。通过对地方通讯信号进行电波干扰，达到干预地方信息交互或窃取地方作战指令的目的。

信息作战中，常用干扰频率通常要满足干扰源频率与被干扰信号频率为同一频率，且不同数据信道。这样，即可侵入被干扰源又可以达到不被反干扰的目的。根据上述原理，提出的信息作战环境下舰船无源定位系统设计中专门设计了提升定位系统抗干扰能力，且具备较强的定位系统反干扰能力的谐波振频反干扰技术。谐波振频反干扰技术利用多波束信道宽域特点，通过谐波振频发射，对定位信号进行外围追踪。一旦发现窥伺信号干扰，谐波振频反干扰技术中的频段跨域算法自动被激活，快速模拟入侵信号频段，生成噪声干扰源，对入侵信号进行坐标定位数据干扰。谐波振频反干扰技术的采用，能够从定位数据信号角度提升定位系统定位稳定性与准确性。频段跨域算法关系式如下所示。

(5)

关系式中，T为频段模拟系数，对整个关系式起着主导作用，且满足制约系数集合x，y不在同一干扰源频率空间中。

谐波振频反干扰技术执行代码如下所示。

codcxvnstintflags

constintnbdfytes)

}

intdo_itbdem_lincxvk

(item*it,covbfnstuintv32_thv)

/**mayfailiftransgrecxvsseslimits*/

voiddo_item_uvnlink

(itevfm*itcobvnstuint32_thv)

voiddo_itxzcem_uzxcnxcvlink

_nolozxck

(itevm*itconstuint32_thv){

voixvdsddo_itevcm_remov

e(item*it)

voicxvddo_item_update

(item*it)

} /**upxbdateLxcvtime

tocurrentandvreposcvition*/

voidsddo_itecvm_updcvcvat

e_nocvlocvck(itvxm*it)

3 实验与结论

针对信息作战环境下舰船无源定位系统的设计进行仿真实验测试。测试采用对比方式，对传统舰船定位系统与提出的信息作战环境下舰船无源定位系统进行对比测试，并对仿真实验结果进行分析，得出结论。

测试环境配置为：CPU i5 6230 主频3.2 Hz，内存 8 G，windows 10专业版操作系统。具体测试参数如表2所示。

表2 仿真实验测试对比参数

通过上述表2的测试数据可以证明，提出的信息作战环境下舰船无源定位系统的设计具有定位速度快、坐标定位准、定位源抗干扰性强，恶劣环境下能够达到无源定位的目的。满足当今信息作战环境下舰船无源定位系统实践运用的要求。

4 结束语

针对传统舰船定位系统存在的问题进行了分析，并对问题存在根源提出了信息作战环境下舰船无源定位系统的设计。通过仿真实验测试证明，提出的信息作战环境下舰船无源定位系统的设计各项测试数据都优于传统舰船定位系统，满足设计改进要求。为信息化作战舰船无源定位系统的应用与研究提供新的思路。

[1] 王云龙.外辐射源无源定位关键技术研究[D].郑州：解放军信息工程大学,2015.

[2] 朱 玲.多基站无源定位系统关键技术研究[D].西安：西安电子科技大学,2014.

[3] 郭徽东.基线固定条件下无源定位配置仿真分析[J].雷达与对抗,2015，6(4):7-10.

[4] 申正义,王晴晴,李广强,等.DDFRC固定单站无源定位模型的改进研究[J].舰船电子对抗,2014，10(1):20-23.

[5] 王正生,仇雅芳,王 琳,等.卡尔曼滤波算法在单站无源定位中的应用[J].舰船电子对抗,2014,37(5):27-30.

[6] 沈金良.机场场面无源多点定位系统研究[J].舰船电子对抗,2015，3(1):13-17.

[7] 莫成坤, 陈树新, 吴 昊,等. 基于角度信息的递推最小二乘无源定位算法[J]. 计算机测量与控制, 2014, 22(9):25-29.

[8] 卢玉杰. 基于调频广播的无源定位系统接收机设计[J]. 无线互联科技, 2016，10(9):10-11.

[9] 王 阳. 多平台无源定位及跟踪技术研究[D]. 北京：北京理工大学, 2015.

[10] 方 锋, 郭徽东, GUOHui-dong. 基于到达时间和方位角的固定单站无源定位仿真分析[J]. 舰船电子对抗, 2016, 39(2):10-13.

[11] 张志远. 基于北斗卫星导航系统的无源定位方法研究[J]. 山西科技, 2015，6(5):51-53.

[12] 高宪军, 李洪斌, 司博文. 单站无源定位的一种改进的粒子滤波算法[J]. 电子设计工程, 2016, 24(5):107-109.

Design and Implementation of Passive Location System of Ship Under Information Warfare Environment

Wang Yu,Liu Mengmeng

(No.91404 Troops of PLA,Qinhuangdao 066000,China)

Information operations environment，Accurately and rapidly to position our ship location coordinates and the enemy ship’s geographic coordinates is positioning system design’s essential condition.The traditional ship positioning system used on ships are positioning tracking location of the source signal poor stability, poor positioning signal under the environment of the search domain range small, stationary wave anti interference such as a series of problems. Through deep research and analysis, the paper puts forward information operations environment ships passive location system design. Using three dimensional space positioning unit, wide-area GPNS harmonic vibration frequency signal retrieval module and anti interference technique to solve the problems existing in the traditional，to realize ship combat environment passive location system design.Under operational environment，to go on simulation experiment tests for passive positioning system design.Simulation tests prove that the proposed passive location system design information operations environment ships are fast positioning, coordinates, positioning, positioning source strong anti-interference, under the bad environment to achieve the goal of passive location.

ships; information operations; passive location; coordinates

2016-11-21；

2016-12-23。

王 宇(1987-)，男，河北秦皇岛人，助理工程师，主要从事作战系统方向的研究。

1671-4598(2017)05-0129-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.036

U665

A