[發(fā)明專利]一種基于導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號的目標(biāo)定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510072195.5
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104678417A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈海鴻;趙勇達(dá);高超群;楊東凱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號的目標(biāo)定位方法，它主要是利用發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和目標(biāo)的幾何位置關(guān)系來求解海面目標(biāo)的三維坐標(biāo)，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

通常情況下提到的雷達(dá)，多是利用有源探測技術(shù)。有源雷達(dá)主要是自身定向輻射電磁脈沖，照射到目標(biāo)后，通過對反射波信息的接收、分析和計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測、定位和跟蹤。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，雷達(dá)技術(shù)已非常成熟。但是，在使用過程中由于發(fā)送探測信號，容易暴露自己，隱蔽性較差，很容易受到敵方的干擾與攻擊。

于是，人們開始研究自身不輻射電磁波的新體制雷達(dá)，無源探測便應(yīng)運(yùn)而生。它本身不發(fā)射電磁波，而是利用目標(biāo)自身向外輻射或已有的其他非合作輻射源作為目標(biāo)的照射源。它通過接收來自照射源的直達(dá)波和經(jīng)目標(biāo)散射的回波，測得目標(biāo)回波的多普勒頻移、到達(dá)時(shí)差及到達(dá)角等，經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的探測和跟蹤。因此，即使在目標(biāo)保持“靜默”時(shí)，無源接收站仍能對目標(biāo)進(jìn)行探測和跟蹤。相對常規(guī)雷達(dá)而言，無源雷達(dá)的探測與跟蹤系統(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

GNSS-R(Global?Navigation?Satellite?System-Reflection)遙感技術(shù)是自1997年以來發(fā)展起來的一個(gè)新型分支，是國內(nèi)外遙感和導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一，它利用導(dǎo)航衛(wèi)星L波段信號為發(fā)射源，以岸、機(jī)、星載或其它接收平臺，通過微波遙感裝置接收處理海洋、陸地等不同目標(biāo)反射信號，實(shí)現(xiàn)要素提取等遙感探測的微波遙感探測技術(shù)。目前，世界四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、前蘇聯(lián)/俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲航天局的伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)和中國的BD2導(dǎo)航定位系統(tǒng)；日本、印度等國家的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)也在積極發(fā)展中。隨著各大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快和日益完善，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS(Global?Navigation?Satellite?System)的各種應(yīng)用所取得的成就在現(xiàn)代社會中已達(dá)到了不可替代的層面。因此，基于GNSS-R信號的無源雷達(dá)技術(shù)越來越多地受到了國內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。當(dāng)前，基于GNSS-R的目標(biāo)定位方法大多利用反射信號和直射信號的時(shí)延差列出非線性方程組求解目標(biāo)的三維坐標(biāo)，這類定位方法原理簡單，但需要多源單宿或者單源多宿的目標(biāo)探測裝置，其設(shè)備復(fù)雜，花銷巨大。

發(fā)明內(nèi)容

1.為了解決以上不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號的目標(biāo)定位方法，利用發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和目標(biāo)的幾何位置關(guān)系來求解海面目標(biāo)的三維坐標(biāo)，由于采用單源單宿的目標(biāo)探測裝置，設(shè)備簡單，容易實(shí)現(xiàn)，相比于以前多源單宿和單源多宿的裝置，極大地降低了設(shè)備的復(fù)雜度和花銷，用更少的投入獲得高效的定位。本發(fā)明所提出的幾何關(guān)系定位只需知道目標(biāo)反射信號和直射信號的時(shí)延、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置坐標(biāo)就可以簡單、便捷地求解海面目標(biāo)的位置坐標(biāo)。

2.本發(fā)明在求解目標(biāo)的三維坐標(biāo)過程中，收發(fā)機(jī)和目標(biāo)的距離遙遠(yuǎn)，可將目標(biāo)視為質(zhì)點(diǎn)，GPS信號從發(fā)射到目標(biāo)反射信號被接收機(jī)接收時(shí)間極短，在此期間將接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、目標(biāo)視為相對靜止。同時(shí)，設(shè)地球半徑為r，且假設(shè)目標(biāo)出現(xiàn)在發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、地心組成的平面內(nèi)，或者目標(biāo)距離該平面較近。

本發(fā)明一種基于導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號的目標(biāo)定位方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：接收機(jī)接收到來自GPS衛(wèi)星的直射信號時(shí)刻和相關(guān)GPS衛(wèi)星信號對目標(biāo)的反射信號時(shí)刻分別為t₁和t₂，GPS信號中的星歷文件中包含發(fā)射信號發(fā)射時(shí)刻t₀。

步驟二：根據(jù)信號的到達(dá)時(shí)刻，計(jì)算信號的直射信號的路徑長度L₁和反射信號的路徑長度L₂+L₃。

(1)直射信號路徑長度：L₁＝(t₁-t₀)×c。

其中，c為光速，c＝3×10⁸m/s，t₀和t₁為信號的發(fā)射時(shí)間和接收機(jī)接收直射信號的時(shí)刻。

(2)反射路徑長度：L₂+L₃＝(t₂-t₀)×c。

其中，c為光速，c＝3×10⁸m/s，L₂為發(fā)射機(jī)到目標(biāo)的距離，L₃為目標(biāo)到接收機(jī)的距離，t₀和t₂為信號的發(fā)射時(shí)間和接收機(jī)接收反射信號的時(shí)刻。