[發明專利]一種基于GNSS-R信號幾何關系的星載無源雷達定位方法

有效

• 申請號: 201310593866.3
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103576138A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 修春娣;呂佩珊;寄文星;姚崇斌;周勃
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;上海航天電子通訊設備研究所
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于GNSS-R信號幾何關系的星載無源雷達定位方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：接收機接收到來自GPS衛星的直射信號時刻為t₁，GPS信號中的星歷文件中包含發射信號發射時間t₀，此外接收機接收到相關GPS衛星信號對目標的反射信號時刻為t₂；

步驟二：根據信號的到達時刻，計算信號的直射路徑長度L和反射路徑長度D；其計算過程如下：

1）直射路徑長度：L＝(t₁-t₀)×c

其中c為光速,c＝3×10⁸m/s,t₀和t₁為信號的發射時間和直射信號的接收時間；

2）反射路徑長度：D＝L+(t₂-t₁)×c

其中c為光速,L為直射路徑長度，t₂和t₁為反射信號接收時間和直射信號的接收時間；

步驟三：計算發射機和接收機的位置T(x_t，y_t，z_t)和R(x_r，y_r，z_r)：

按照常用方法計算發射機位置T(x_t，y_t，z_t)和接收機的位置R(x_r，y_r，z_r)和速度；

步驟四：計算直射信號和反射信號的夾角α，確定反射信號的向量；

計算直射路徑和反射信號的夾角α：

接收機擁有旋轉天線，反射信號和直射信號分別由接收機上兩個不同方位的天線接收，此二者的夾角α已知；

求反射信號向量的步驟如下：

1）反射信號接收天線與接收機軌道切平面夾角β′已知,則得出反射信號射線與接收機軌道切平面內法線夾角為反射信號接收機天線與接收機的運動方向夾角為γ；

2）接收機速度切平面內法線向量為：n→=RO→=(-xr,-yr,-zr);]]>

3）法線經過點R且已知其方向向量，得接收機切平面法線方程為：

n→:x-xr-xr=y-yr-yr=z-zr-zr;]]>

4）求解以為軸線，以β為母線和旋轉軸夾角的圓錐曲面,

由2）得軸線的方向向量為設M(x，y，z)是圓錐曲面上非頂點的一點，則過點M的母線的方向向量為從而有：v1→·v2→|v1→|·|v2→|=-cosβ]]>

將向量和代入上式得圓錐曲面方程為：

-(x-xr)xr-(y-yr)yr-(z-zr)zrxr2+yr2+zr2·(x-xr)2+(y-yr)2+(z-zr)2=-cosβ;]]>

5）計算直射信號所在直線的方程:

已知接收機坐標R(x_r，y_r，z_r)和發射機坐標T(x_t，y_t，z_t)

射線TR的方向向量為:(x_r-x_t，y_r-y_t，z_r-z_t)

直線TR的方程為：

x-xrxr-xt=y-yryr-yt=z-zrzr-zt;]]>

6）計算以TR直線為軸，反射射線為母線的圓錐曲面:

已知反射信號射線與直射信號夾角為α，求解方法與4）中相同，求得圓錐曲面為：

(x-xr)(xr-xt)+(y-yr)(yr-yt)+(z-zr)(zr-zt)(x-xr)2+(y-yr)2+(z-zr)2·(xr-xt)2+(yr-yt)2+(zr-zt)2=cosα]]>

;

7）計算反射信號所在直線方程:

將4）中和6）中所得圓錐曲線聯立，兩曲線相交,

-(x-xr)xr-(y-yr)yr-(z-zr)zrxr2+yr2+zr2·(x-xr)2+(y-yr)2+(z-zr)2=-cosβ(x-xr)(xr-xt)+(y-yr)(yr-yt)+(z-zr)(zr-zt)(x-xr)2+(y-yr)2+(z-zr)2·(xr-xt)2+(yr-yt)2+(zr-zt)2=cosα]]>

1’、目標在鏡面反射點處時，則上述兩圓錐曲面有唯一的交線，此交線為反射信號所在直線的方程;

2’、目標不在鏡面發射點處，上述方程有兩組解:

●去除模糊解

已知接收機天線與接收機運動方向夾角為γ，設接收機在定位時刻運動方向恒定，運動方向向量為：(v_x，v_y，v_z)

由上述兩條件得反射信號所在直線位于以(v_x，v_y，v_z)為方向向量的直線為軸，

以母線和軸線夾角為γ的圓錐面上;

該圓錐面能求，為：

vx(x-xr)+vy(y-yr)+vz(z-zr)vx2+vy2+vz2·(x-xr)2+(y-yr)2+(z-zr)2=cosγ]]>

將上式同之前得到的圓錐曲面相交得到反射信號所在直線的方程

步驟五：在反射信號的向量沿傳播的反方向延長至點N，使接收機R到點N距離同反射信號路徑距離相同，并求解N的坐標；

步驟六：設發射機T到點N的向量TN中點為M，求M坐標；

步驟七：在平面TRN上過M點作TN的垂線，交RN向量于P點，P點即目標當時刻位置，計算點P坐標。