[發明專利]一種基于多普勒頻移特征的非合作導航衛星識別的方法

有效

• 申請號: 201510368579.1
• 申請日: 2015-06-30
• 公開（公告）號: CN105044744B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 盧歡;郁豐;何真;劉瑩;華冰;吳云華;陳志明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種基于多普勒頻移特征的非合作導航衛星識別的方法，屬于非合作航天器定軌技術領域。

背景技術

在通常的衛星導航中，是利用偽隨機碼良好的相關特性，通過偽碼匹配的方式來識別導航衛星的。但是在衛星導航系統發送加密導航信號的情況下，無法由捕獲獲得碼相位，不能完成本地碼振蕩器初始化，從而不能識別導航衛星。

現有的衛星識別技術還有頻譜圖對比識別衛星。用戶對接收到通訊衛星信號的作頻譜分析，根據頻譜儀的顯示圖形和衛星的標準頻譜圖形作對比，對衛星進行識別。但是接收到信號頻譜會由于偽碼的不同而發生變化，所以上述方法在偽碼未知的情況下并不適用，但卻提供了一種比對的思想。

另外一種衛星識別的方法是星歷參數對比識別衛星。預先獲取已進行星歷解析的衛星的星歷參數，獲取任一待確定衛星的星歷參數，判斷是否滿足已有星歷參數與待確定衛星的星歷參數參數匹配條件；如果否，則確定待確定衛星為可用衛星；如果是，則確定為不可用衛星。該技術通過簡單計算就能達到識別衛星的目的，提高了衛星識別的效率。但是該方法使用的前提是獲取待確定衛星的星歷參數，在偽碼未知的情況下不能實現。

在偽隨機噪聲碼未知情況下，利用無碼載波估計技術實現對目標載波的連續跟蹤，獲得了一系列的多普勒頻移，但是每個多普勒頻移對應哪顆導航衛星仍然是未知的。

發明內容

本發明提出了一種基于多普勒頻移特征的非合作導航衛星識別的方法，利用含有接收機頻差的多普勒頻移的測量值及先驗值，建立易于計算、誤匹配率低的匹配指標，并采用二分法高效地獲得高精度的頻差估計值；并根據各個多普勒頻移匹配殘差的比重，采用全局匹配、局部剔除的策略來提高衛星識別的全局可信度。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種基于多普勒頻移特征的非合作導航衛星識別的方法，包括如下步驟：

（1）低軌用戶衛星接收機的射頻前端將導航衛星信號轉換為數字中頻信號，利用無碼載波恢復技術跟蹤中頻信號的連續載波，并得到各個導航衛星信號的多普勒頻移測量值；

（2）根據已知的低軌用戶衛星的初始軌道參數及地面周期上注的導航衛星星歷，計算得到一系列多普勒頻移的先驗值；

（3）將步驟（1）得到的多普勒頻移測量值和步驟（2）得到的多普勒頻移先驗值分別按照高低順序排列成兩組樣本，采用二分法搜索使得兩組頻率一致對應的頻差估計值；

（4）根據各個多普勒頻移匹配殘差的比重，采用全局匹配、局部剔除的方法剔除匹配失敗的導航衛星。

所述步驟（1）中導航衛星信號的多普勒頻移測量值表示為

(1)

式中，λ為載波波長，為用戶衛星至導航衛星的偽距率真值，為用戶衛星接收機時鐘頻率誤差，n為多普勒頻移的測量誤差，k為第k顆導航衛星。

所述步驟（2）中多普勒頻移的先驗值表示為：

(2)

式中，和分別為第k顆導航衛星的位置和速度矢量；和分別為用戶衛星的位置和速度矢量；和分別為用戶衛星至導航衛星含有誤差的距離和距離率。

所述步驟（3）中二分法搜索的頻率范圍為，搜索步長為， 是連續函數，并且有。

所述步驟（4）中局部剔除多普勒頻移測量值的條件可表示為：

式中，為頻差估計值，為多普勒頻移測量，為多普勒頻移的先驗值，M

為門限值。

本發明的有益效果如下：

1、本發明提出的基于多普勒頻移的非合作導航衛星識別方法可以實現偽碼未知情況下導航衛星的識別，作為常規衛星識別方法的補充，提高沖突條件下導航星的識別能力。

2、相比通常的偽碼匹配識別導航衛星的方法僅能實現導航星的識別，本發明提出的方法不僅可以識別導航衛星，還可以獲得較為精確的接收機頻差估計值。

3、相比較現有技術中的逐步搜索獲得頻差估計值相比，本發明采用二分法尋找頻差估計值，提高了搜索效率及數值精度；并且本申請考慮到噪聲以及測量誤差等因素的影響，提出了全局匹配、局部剔除的策略，并給出了剔除放棄的指標，提高了衛星識別的全局可信度。

附圖說明

圖1 基于多普勒頻移特征的非合作導航衛星識別的設計思路框圖。

圖2（a）是零點在右半區間的情況；圖（b）是零點在左半區間的情況。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明創造做進一步詳細說明。