[發明專利]一種基于多星GNSS?R海面目標定位模糊消除方法

有效

• 申請號: 201510072486.4
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104678418B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 楊東凱;齊雅男;沈海鴻;高超群
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S7/41
• 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

1.一種基于多星GNSS-R海面目標定位模糊消除方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：接收機通過右旋極化天線接收直射信號、通過左旋極化天線接收反射信號；由于海面GNSS散射信號微弱，在不同平臺高度需采用不同增益的天線，在400km至3800km低軌衛星平臺，需要大于20dB高增益陣列天線，經海面反射的GNSS信號通過多普勒延遲映射接收機即DDMR相關處理后以獲得較高的增益進行分析；反射信號的時延-多普勒二維相關函數為：

其中T_i為積分時間，f_c為接收信號的中心頻率，為本地多普勒估計值，DDMR輸出不同時延多普勒的相關功率值；

步驟二：當目標出現在探測區域海面時，由于目標的雷達散射截面積RCS與同面積的海面RCS差異很大，改變了該區域的散射系數分布，從而使探測區域的相關功率發生相應變化；目標探測模塊通過獲取探測區域的相關功率的最大值來探測目標的存在，將相關功率峰值的時延多普勒坐標確定為目標所在位置的時延多普勒坐標(τ,f_d)；

步驟三：將得到的目標時延多普勒域坐標(τ,f_d)轉換為大地坐標(lon,lat,h)即能對海上目標進行定位；計算方法如下：

(1)首先計算鏡點在本地坐標系下的位置，采取兩步法計算；首先假定參考面為橢球面，按照迭代方法先計算后校正，由式：

M＝R+H_R/(H_R+H_T)(T-R)

計算出向量R的位置以及γ_t、γ_r；根據三角關系計算得到α_t和α_r，α_t和α_r經上述計算是不相等的，按照如下公式進行加權重新估計α_t和α_r：

α′_r＝α′_t＝(H_Tα_t+H_Rα_r)/(H_T+H_R)

式中符號說明如下：H_T和H_R為T、R相對于橢球的高度，α_t與α_r分別為鏡點的入射角和反射角；

根據三角形關系分別重新計算γ_t、γ_r，為γ'_t、γ'_r，γ_t的平均值按照式(γ_t+γ_r+γ_t'-γ_r')/2進行計算，從而根據新的γ_t值重新計算M、R，然后計算α_t和α_r，并進行迭代運算，直到α_t＝α_r；

(2)由步驟二得到的相關功率最大值點的時延和多普勒值(τ,f_d)，根據最大值點與鏡點值之間對應的時延值和多普勒值插值，估算得出其距離，分別記為d₁和d₂，繼而計算得到海面目標的物理坐標(x,y,z)；由于空間區域具有相同時延和多普勒的點不唯一，此處將會得到兩個結果，分別表示為(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)，此時出現在GNSS-R目標探測中的定位模糊問題，無法確定得到的兩個結果中哪個是海面目標的真實坐標位置；利用坐標轉換方法分別將(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)轉換為大地坐標(lon₁,lat₁,h₁)、(lon₂,lat₂,h₂)，從地心地固直角坐標(x,y,z)到大地坐標(φ,λ,h)的變換公式如下：

其中φ、λ、h分別表示大地的緯度、經度、高度，a、b分別為基準橢球體的長半徑和短半徑，e為橢球偏心率，經過3～4次循環迭代后就能結束計算；

步驟四：利用多星接收-單星發射模型或單星接收-多星發射模型分別構成多個相對獨立的探測系統，并且確保這幾個相對獨立的并行探測系統具有共同的探測區域；當目標出現在共同的探測區域時，經過步驟一、二、三會得到多組不同的目標真實點物理坐標和虛點物理坐標；由于目標的真實位置只有一個，多組探測結果得到的真實目標點的經緯度坐標會發生重疊，這樣就能通過將多星探測結果進行聯合處理，從多個目標定位結果中剔除虛點的影響，從而確定目標的真實物理坐標。