[發(fā)明專利]基于信號強(qiáng)度多波束空間分布的地面輻射源單星定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610016542.7
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105589086B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張更新;鐘錫健;王闖;謝智東;胡婧;邊東明;孔博;魏伍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 吳茂杰,朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種發(fā)射成本低、星上資源消耗少、定位精度較高的基于信號強(qiáng)度多波束空間分布的地面輻射源單星定位方法。

背景技術(shù)

由于衛(wèi)星系統(tǒng)具有覆蓋能力強(qiáng)、傳輸距離長、不受地理?xiàng)l件限制、機(jī)動靈活等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，衛(wèi)星系統(tǒng)開始逐漸進(jìn)入民用和國防領(lǐng)域，并在幾十年中得到了迅速的發(fā)展，具有非常好的發(fā)展前景。然而，基于地球同步軌道(GEO)的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)幾乎都采用了星載大型展開式多波束天線，由于天線口徑大、接收靈敏度高，衛(wèi)星又處于開放的空間，GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)更容易受到各種輻射源有意或無意的射頻干擾。隨著各國衛(wèi)星業(yè)務(wù)的迅速增長，軌道與頻率資源日趨緊張，衛(wèi)星所處電磁環(huán)境日益惡化，衛(wèi)星受到不明輻射源干擾事件的數(shù)量與日俱增，造成了諸多惡劣影響以及經(jīng)濟(jì)上的損失。為排除或降低不明輻射源干擾事件對衛(wèi)星通信的影響，必須及時快速定位輻射源。

常用的衛(wèi)星輻射源定位方法有測時差定位和測向定位。測時差定位是隨著多平臺通信技術(shù)的發(fā)展和到達(dá)時間差技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的，并成為現(xiàn)代高精度輻射源定位的主要方法之一，主要有三星時差定位法、雙星時差/頻差聯(lián)合定位法。一般需要由兩顆或兩顆以上的衛(wèi)星組網(wǎng)同步相互配合實(shí)現(xiàn)。由于衛(wèi)星軌道資源的有限性，對于GEO衛(wèi)星而言，系統(tǒng)中僅包括有限的幾顆衛(wèi)星，很多情況下只有一顆衛(wèi)星，很難找到協(xié)助定位的鄰星，難以基于雙星或三星干擾源定位體制實(shí)現(xiàn)對輻射源的定位。

目前的單星側(cè)向定位方法，主要包括：相位干涉儀測向、比相測向、比幅測向、時差測向、空間譜估計(jì)測向等。但這些單星側(cè)向定位方法都必須額外增加星載定向設(shè)備，并且對衛(wèi)星的姿態(tài)測量精度有較高的要求。

總之，現(xiàn)有衛(wèi)星輻射源定位技術(shù)存在的問題是：單星輻射源定位方法需要額外增加星載設(shè)備，導(dǎo)致發(fā)射成本高、星上資源消耗多，不易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于信號強(qiáng)度多波束空間分布的地面輻射源單星定位方法，發(fā)射成本低、星上資源消耗少、易于實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于信號強(qiáng)度多波束空間分布的地面輻射源單星定位方法，包括以下步驟：

(10)構(gòu)建方向圖指向模型：根據(jù)天線方向圖函數(shù)及天線增益與俯仰角和方位角之間的聯(lián)系，構(gòu)建天線方向圖指向模型；

(20)獲取輻射信號強(qiáng)度空間分布：根據(jù)衛(wèi)星接收的地面輻射信號特征參數(shù)和強(qiáng)度，確定主接收波束及其空分同頻復(fù)用波束，根據(jù)接收輻射信號強(qiáng)度最強(qiáng)的多個空分同頻復(fù)用波束，得到輻射信號強(qiáng)度在多波束環(huán)境下的空間分布；

(30)求解輻射源位置指向：根據(jù)天線方向圖指向模型和輻射信號強(qiáng)度空間分布，建立定向方程組，求解定向方程組，獲得輻射源位置指向；

(40)獲取輻射源經(jīng)緯度：根據(jù)輻射源位置指向，結(jié)合地理信息與星歷信息，得到地面輻射源的經(jīng)緯度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、定位方法易于實(shí)現(xiàn)：由于定位方程組形式簡單，所需的數(shù)據(jù)容易獲得，使得該定位方法容易實(shí)現(xiàn)；

2、發(fā)射成本低、星上資源消耗少：由于無需額外的星載設(shè)備用于輻射源定位，節(jié)約了衛(wèi)星發(fā)射成本，降低了星上資源消耗。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于信號強(qiáng)度多波束空間分布的地面輻射源單星定位方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明基于信號強(qiáng)度多波束空間分布的地面輻射源單星定位方法原理圖。

圖3是定義α角和β角及與俯仰角和方位角θ的轉(zhuǎn)換示意圖。

圖4為本發(fā)明方法中天線方向圖指向模型所得指向與波束增益的映射圖。

圖5是求解輻射源位置指向的粒子群搜索算法程序流程圖。

圖6是本發(fā)明方法在天線方向圖為理想函數(shù)時求輻射源位置指向仿真結(jié)果圖。

圖7是本發(fā)明方法根據(jù)數(shù)據(jù)庫擬合天線方向圖函數(shù)的仿真結(jié)果圖。

圖8是本發(fā)明方法擬合天線方向圖函數(shù)相對于理想天線方向圖函數(shù)絕對誤差圖。

表1是不同擬合粒度的擬合方向圖函數(shù)誤差情況。

表2是本發(fā)明方法根據(jù)擬合函數(shù)求解位置指向結(jié)果。

表3是本發(fā)明方法根據(jù)任意位置指向求經(jīng)緯度結(jié)果。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明基于信號強(qiáng)度多波束空間分布的地面輻射源單星定位方法，包括以下步驟：

(10)構(gòu)建方向圖指向模型：根據(jù)天線方向圖函數(shù)及天線增益與俯仰角和方位角之間的聯(lián)系，構(gòu)建天線方向圖指向模型。

所述(10)構(gòu)建方向圖指向模型步驟包括：