[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

技術領域

本發明涉及一種基于多星GNSS-R海面目標定位模糊消除方法，屬于海洋遙感及無源雷達目標探測技術領域。當海面探測區域內出現大型目標時，針對星載接收機平臺海面目標探測定位系統出現的定位模糊問題，提出了一種解決方案。多星定位模糊消除分為兩種：(1)多星接收-單星發射模型(2)單星接收-多星發射模型。

背景技術

GNSS-R(GNSS-Reflection)遙感技術是自1997年以來發展起來的一個新型分支，是國內外遙感和導航技術領域研究熱點之一。GNSS-R利用導航衛星L波段信號為發射源，在陸地、航空飛行器、衛星或其它平臺上安裝反射信號接收裝置，通過接收并處理海洋、陸地或移動目標的反射信號，實現被測媒質的特征要素提取或移動目標探測的一種技術。隨著世界四大衛星導航系統的發展，衛星信號的全球和近地空間的立體覆蓋能力日益完善，同一時間將有更多的可見星供GNSS-R技術使用。

現代戰爭中，以“千里眼”著稱的雷達所起的作用越來越重要，對雷達探測系統提出了越來越高的要求，不僅要求其具有較高的探測精度和快速的反應能力，而且要求其具有極強的“四抗”能力。在這種情況下，對于無源雷達探測系統的研究就顯得越來越重要。無源探測本身不發射電磁波，而是利用目標自身向外輻射或已有的其他非合作輻射源作為目標的照射源。它通過接收來自照射源的直達波和經目標散射的回波，測得目標回波的多普勒頻移、到達時差及到達角等，經處理后實現目標的探測和跟蹤。目前可用的第三方電磁波信號包括地面廣播電臺、通信臺站、直播電視衛星和導航定位衛星系統等發射的信號。利用移動目標所反射的GNSS信號，來探測該目標所在的位置和運動變化軌跡，是一種非合作式“雙(多)基”無源雷達，具有較高的安全性和全球性、全天時、全天候工作等特點。由于不需要發送任何探測信號，且其接收機單獨部署，該技術同時具有造價低、隱蔽性強、生存能力強的優勢。

反射信號的相關值需要從時延和多普勒兩方面進行分析，而最終目標定位的結果需要以經緯度坐標形式表示。但由于空間區域具有相同時延和多普勒的點不唯一，導致海面目標出現定位模糊問題。傳統的解決方法是使用空域濾波，即通過調整陣列天線的波束，使其指向鏡面反射點的一側。但由于普通波束的形成依賴于陣列幾何結構和波達方向角，而與信號環境無關，且固定不變、存在旁瓣、抑制干擾能力差等缺點，在星載接收平臺條件下并不能加以靈活應用。

發明內容

本發明的目的在于：為了解決由于空間區域具有相同時延和多普勒的點不唯一而造成的目標定位模糊問題，提供一種基于多星GNSS-R海面目標定位模糊消除方法。

目標必須處于GPS衛星波束和LEO低軌衛星波束的共同覆蓋區，才能夠實現定位。從定位性能上講，多星發射-單星接收和多星接收-單星發射模型二者是相同的。多星接收(多個LEO衛星)單星發射(單顆GPS衛星)模型下，因為LEO衛星數量多，且運行速度較快，波束覆蓋范圍較易重疊。另外因為GPS分布廣且均勻，能夠保證在同一時刻多顆GPS衛星的波束同時覆蓋同一區域，隨著導航衛星產業的迅速發展，導航衛星信號資源將會日益豐富，同一時刻可觀測衛星數目將會日益增加，所以多星發射(多顆GPS衛星)單星接收(單顆LEO衛星)模型對無源雷達定位是可行的。綜上，雙星定位模糊消除分為兩種：(1)多星接收-單星發射模型；(2)多星發射-單星接收模型。利用以上兩種模型將多顆衛星或多個星載接收平臺得到的不同定位結果進行聯合處理，消除定位虛點，從而提高GNSS-R在海面目標探測領域的實用性。

具體的技術方案為：

本發明一種基于多星GNSS-R海面目標定位模糊消除方法，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，通常需要大于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(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。