[發(fā)明專利]一種基于低軌衛(wèi)星的地面信號(hào)源直接定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011247385.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN112731480B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張騫允;李釋潔;王敬超;程磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);王敬超;深圳市大數(shù)據(jù)研究院
• 主分類號(hào): G01S19/37
• 分類號(hào): G01S19/37
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李微微

本發(fā)明公開了一種基于低軌衛(wèi)星的地面信號(hào)源直接定位方法，在時(shí)差平面，根據(jù)接收信號(hào)估計(jì)結(jié)果與衛(wèi)星與信號(hào)源連線無遮擋的條件共同限制待定位區(qū)域范圍，再將該定位范圍映射至地球表面；針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)使用兩步法幫助直接定位時(shí)，沒有考慮誤差范圍，并且現(xiàn)有方案直接使用兩步法的定位結(jié)果作為直接定位法的迭代初值，從而導(dǎo)致低信噪比下系統(tǒng)容易定位失敗；本發(fā)明充分考慮信號(hào)時(shí)差參數(shù)估計(jì)的誤差范圍這一信息，將所有可能產(chǎn)生所估計(jì)出的時(shí)差的位置區(qū)域設(shè)置為待定位區(qū)域，保證了直接定位法在低信噪比下的優(yōu)勢(shì)得以保留，而不會(huì)因?yàn)槭艿絻刹椒ńY(jié)果的干擾而失效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于低軌衛(wèi)星的地面信號(hào)源直接定位方法。

背景技術(shù)

無源定位是一種定位系統(tǒng)不發(fā)射信號(hào)，僅依靠多個(gè)接收站接收信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)，對(duì)信號(hào)源進(jìn)行定位的技術(shù)。相比有源定位，它具有電磁隱蔽性好，定位距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

無源定位法可以分為兩大類：傳統(tǒng)的兩步法和一步法。兩步法定位時(shí)需要先提取與位置信息相關(guān)的中間參數(shù)，例如時(shí)差、頻差、到達(dá)角、接收信號(hào)強(qiáng)度等，再根據(jù)中間參數(shù)確定目標(biāo)位置。一步法又稱直接定位法，它不估計(jì)中間參數(shù)，直接分析原始信號(hào)，建立與目標(biāo)位置相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，利用窮舉等方法在待定位區(qū)域中執(zhí)行網(wǎng)格搜索尋找代價(jià)函數(shù)最值以確定輻射源位置。

理論研究與實(shí)驗(yàn)表明：傳統(tǒng)兩步法定位精度、適應(yīng)低信噪比的能力均弱于直接定位法。然而直接定位法也存在它的缺點(diǎn)：待搜索區(qū)域難以提前確定，需要搜索的網(wǎng)格數(shù)量多導(dǎo)致計(jì)算量大。為了使得直接定位法更加快速有效，現(xiàn)已提出的改進(jìn)方法主要分為兩類：更快計(jì)算代價(jià)函數(shù)和更快找到代價(jià)函數(shù)最值。一些使用迭代方法尋找直接定位法目標(biāo)的工作使用兩步法初始化迭代初值。但是兩步法的定位誤差隨信噪比的變化較大，在低信噪比下定位誤差容易過大甚至無法定位，這將導(dǎo)致基于迭代的直接定位法也無法正常工作，失去直接定位法的優(yōu)勢(shì)。其余工作往往默認(rèn)已知一個(gè)較小的定位區(qū)域，但是這在使用衛(wèi)星進(jìn)行定位的場(chǎng)景中比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于低軌衛(wèi)星的地面信號(hào)源直接定位方法，在低信噪比條件下，仍可以有效定位。

一種基于低軌衛(wèi)星的地面信號(hào)源直接定位方法，包括如下步驟：

步驟一、選擇至少三顆定位衛(wèi)星，定位衛(wèi)星接收輻射源信號(hào)；

步驟二、估計(jì)不同衛(wèi)星之間接收信號(hào)中的時(shí)差信息和時(shí)差誤差范圍，將時(shí)差誤差范圍畫在時(shí)差平面上；

步驟三、確定真實(shí)時(shí)差可能存在的范圍大小，具體為：

在地球表面均勻取點(diǎn)，然后對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行判斷：如果可以直視所有定位衛(wèi)星，則求出時(shí)差，并畫在時(shí)差平面；遍歷地球表面所有點(diǎn)，得到定位衛(wèi)星共視區(qū)域在時(shí)差平面的映射區(qū)域；

將本步驟得到的時(shí)差平面上的衛(wèi)星共視區(qū)域以及步驟二得到的時(shí)差誤差范圍區(qū)域求交集，得到了時(shí)差平面上的目標(biāo)待定位區(qū)域；

步驟四、將步驟三的時(shí)差平面上的目標(biāo)待定位區(qū)域映射至地球表面，得到地球表面的一個(gè)區(qū)域，然后在該區(qū)域均勻取點(diǎn)，最后采用直接定位法進(jìn)行定位；

較佳的，所述步驟一中，輻射源發(fā)射的信號(hào)格式已知或者未知。

較佳的，所述步驟二、步驟三中，估計(jì)的信息為到達(dá)時(shí)差信息TDOA及其方差。

較佳的，所述步驟四中，直接定位法為極大似然估計(jì)法。

較佳的，所述步驟四中，在該區(qū)域均勻取點(diǎn)的具體方法為：

Step1：輸入球坐標(biāo)系下的取點(diǎn)間隔d和待取點(diǎn)區(qū)域；

Step2：令M_θ＝[(θ_max-θ_min)/d]+1；其中，θ_min和θ_max分別表示待定位區(qū)域邊界的θ取值的最小值和最大值；