[發明專利]協同短波多站角度與衛星時頻的超視距目標直接定位方法

在審

• 申請號: 202110481745.4
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113281702A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 尹潔昕;王鼎;楊賓;張莉;唐濤;吳志東;任修坤;鄭娜娥;王成;張倫東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: G01S5/04
• 分類號: G01S5/04
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

本發明提供一種協同短波多站角度與衛星時頻的超視距目標直接定位方法。該方法包括利用多個短波觀測站對待定位輻射源發射的短波信號進行接收和采集，依次建立輻射源地理坐標與其發射的短波信號到達不同短波觀測站的方位角之間的代數關系式；利用多顆衛星對待定位輻射源發射的衛星信號轉發，并進行接收和采集，依次建立該輻射源地理坐標與其發射的衛星信號經過每顆衛星轉發到衛星地面站傳播時延、多普勒頻偏之間的代數關系式，再表示為與待定位輻射源地理坐標有關的表達式；地面中心站基于短波和衛星信號數據獲得估計輻射源經緯度的優化模型，對其進行數值優化，獲得輻射源經緯度估計值。本發明具有較快的收斂速度，無需網格搜索。

技術領域

本發明涉及無線信號定位技術領域，尤其涉及一種協同短波多站角度與衛星時頻的超視距目標直接定位方法。

背景技術

眾所周知，無線電信號定位技術對于目標發現及其態勢感知具有十分重要的意義，經過近幾十年的發展，該技術在理論和工程應用中都取得了長足的進展。根據定位手段進行劃分，無線電定位可分為星基無線電定位與陸基無線電定位。星基無線電定位系統，即衛星導航定位系統具有大范圍的高精度定位、測速和提供定時服務的能力，在國防和國民經濟各個領域得到了廣泛應用。在陸基無線電定位系統中，人們將利用處于短波頻段的電磁波進行無線電通信的方式稱為短波通信，此種通信方式不論是在民用領域還是在軍事領域中都獲得了持久、廣泛的應用，因此短波定位系統是陸基無線電定位系統的重要組成部分。

短波超視距目標信號是經過電離層折射后入射至地面觀測站，考慮實際中電離層的實時狀態難以準確估計，短波超視距目標定位大多通過多陣地測向(方位角)交匯定位實現；基于衛星系統的無線電定位方式，一般是待定位輻射源發射的衛星信號經過大于等于2顆通信衛星轉發至地面觀測站，通過利用信號傳播路徑的時延差或/與接收信號的多普勒頻差信息實現定位。前者的定位精度對目標與觀測站的距離非常敏感，尤其對遠距離目標定位精度受限；后者雖然定位距離比短波體制的魯棒性更強，但是時差與頻差估計精度易受帶寬影響，且容易出現時差估計模糊。此外，從地球參考橢球的角度來看，短波定位的幾何精度因子(Geometric Dilution Precision,GDOP)與衛星定位的GDOP也是互不相同的。

另一方面，傳統無源定位技術大多采用兩步估計方式，即首先從接收信號中提取出用于定位的相關參數(主要包括空域、時域、頻域以及能量域等參量)，然后利用這些中間參數確定目標位置參數或者速度參數。雖然這種兩步定位模式在現代無源定位系統中被廣泛使用，但以色列學者A.J.Weiss和A.Amar卻指出了其中所存在的諸多缺點，包括需要計算較多的中間參數。

發明內容

針對現有的無線電信號定位方法中存在的定位精度受限、需要計算的中間參數較多的問題，本發明提供一種協同短波多站角度與衛星時頻的超視距目標直接定位方法，可以顯著提升對地球表面超視距(遠距離)輻射源的定位精度，并且通過Newton型迭代公式來實現，具有較快的收斂速度，無需網格搜索，運算高效。

本發明提供的一種協同短波多站角度與衛星時頻的超視距目標直接定位方法，包括：

步驟1：利用K₁個短波觀測站接收和采集待定位輻射源發射的短波信號，K₁＞1；

步驟2：利用K₁個短波觀測站的地理坐標，依次建立待定位輻射源的地理坐標與其發射的短波信號到達K₁個短波觀測站的方位角之間的代數關系式；

步驟3：依次將K₁個短波觀測站多個采樣時刻的陣列接收信號組成K₁個新的短波接收信號矢量，并將K₁個新的短波接收信號矢量表示為與待定位輻射源的地理坐標有關的表達式；

步驟4：利用K₂顆衛星轉發待定位輻射源發射的衛星信號，并通過不同衛星地面站接收和采集所述衛星信號；