[發(fā)明專利]基于星載可移點波束天線的地面輻射源定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610034916.8
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105676166B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張更新;鐘錫健;謝智東;邊東明;王闖;孔博;張威;葛欣星
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號: G01S3/02
• 分類號: G01S3/02;G01S1/02
• 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星載可移點波束天線的地面輻射源定位方法。

背景技術(shù)

由于衛(wèi)星系統(tǒng)具有覆蓋能力強、傳輸距離長、不受地理條件限制、機動靈活等獨特的優(yōu)點，衛(wèi)星系統(tǒng)開始逐漸進入民用和國防領(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，隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展，衛(wèi)星天線口徑大、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)展和到達時間差技術(shù)的進步而發(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，不易實現(xiàn)。。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于星載可移點波束天線的地面輻射源定位方法，利用星載可移點波束獲取輻射源的信號強度空間分布，以解方程組的形式獲取輻射源位置，方法簡單，容易實現(xiàn)，無需額外增加星載設(shè)備。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于星載可移點波束天線的地面輻射源定位方法，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)預(yù)估輻射源位置：將星載全球波束天線接收到的地面輻射源信號進行參數(shù)認知，利用可移點波束在全球波束覆蓋范圍內(nèi)交叉掃描，根據(jù)可移點波束接收到的信號強弱變化預(yù)估該地面輻射位置；

(30)獲取輻射源信號強度：根據(jù)預(yù)估計的輻射源位置，將可移點波束指向移至輻射源位置附近，并多次移動可移點波束指向，多次測量輻射信號強度，選取接收信號強度較強且中心指向位置成等邊三角形的波束，結(jié)合指向信息，得到輻射信號強度的空間分布；

(40)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；

(50)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：

1、定位方法易于實現(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。

3、利用可移點波束實現(xiàn)輻射源定位，靈活性強。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于星載可移點波束天線的地面輻射源定位方法所涉及的流程圖。

圖2是本發(fā)明基于星載可移點波束天線的地面輻射源定位方法的原理圖。

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是本發(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。

圖9是表1不同擬合粒度的擬合方向圖函數(shù)誤差情況表。

圖10是表2本發(fā)明方法根據(jù)擬合函數(shù)求解位置指向結(jié)果表。

圖11是表3本發(fā)明方法根據(jù)任意位置指向求經(jīng)緯度結(jié)果表。