專利名稱：利用gps衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探 測和定位的方法及裝置。
背景技術(shù)：
GPS以其高精度、無盲區(qū)、全天候的連續(xù)快速定位、授時(shí)和定姿而得到廣泛的應(yīng)用， 多路徑信號由于是高精度GPS定位的主要誤差源，因此，在測量中GPS反射信號作為干擾信 號必須抑制。但是，實(shí)際GPS反射信號也可以利用，GPS反射信號不僅與傳統(tǒng)的目標(biāo)探測信 號具有相似性和兼容性，更為關(guān)鍵的是GPS信號可以從根本上解決時(shí)間和相位同步問題， 并且當(dāng)有4顆或以上的可視衛(wèi)星時(shí)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。其中利用GPS反射信號進(jìn)行海面和 陸地遙感就是GPS反射信號得以成功應(yīng)用的典范。但是，由于能量受限，GPS反射信號用于 低空目標(biāo)探測和定位始終沒有進(jìn)展，目前僅處于初級理論論證階段。目前，GPS反射信號作 為目標(biāo)探測和定位的理論方法還處在初級階段，其方法不完善，而且大都采用傳統(tǒng)雷達(dá)方 法。由于衛(wèi)星導(dǎo)航信號波形、功率等不是專門為雷達(dá)設(shè)計(jì)的信號，衛(wèi)星本身發(fā)射功率就很 弱，造成目標(biāo)回波信號非常微弱，要在接收機(jī)中檢測到極端微弱的回波信號幾乎是不太可 能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航信號用于目標(biāo)探測能量不足為 基礎(chǔ)，提供一種利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法及裝置。為解決上述問題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定 位的方法，包括如下步驟a)極化方向相反的兩套天線分別接收4顆或4顆以上可視GPS衛(wèi)星的直達(dá)波和反 射波，并將其送入接收機(jī)；b)接收機(jī)產(chǎn)生本地C/A碼與直達(dá)波進(jìn)行相關(guān)處理，通過跟蹤相關(guān)峰值測得直達(dá)波 的偽距；c)利用上述所得4顆或4顆以上的可視GPS衛(wèi)星到接收機(jī)的直達(dá)波的偽距，完成 接收機(jī)的三維定位，并由此獲得衛(wèi)星的位置信息義和接收機(jī)到第i顆衛(wèi)星的距離 Di;d)利用直達(dá)波的P碼與反射波的P碼相關(guān)處理并得到相關(guān)函數(shù)，并對相關(guān)函數(shù)求 導(dǎo)數(shù)后得到峰值，通過跟蹤該峰值測得第i顆衛(wèi)星反射波相對直達(dá)波的距離差A(yù)ri ；e)選取可視GPS衛(wèi)星當(dāng)中的任意一顆GPS衛(wèi)星j作為參考衛(wèi)星，建立雙曲面方程，
即
權(quán)利要求
利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法，其特征在于，包括如下步驟a)極化方向相反的兩套天線分別接收4顆或4顆以上可視GPS衛(wèi)星的直達(dá)波和反射波，并將其送入接收機(jī)；b)接收機(jī)產(chǎn)生本地C/A碼與直達(dá)波進(jìn)行相關(guān)處理，通過跟蹤相關(guān)峰值測得直達(dá)波的偽距；c)利用上述所得4顆或4顆以上的可視GPS衛(wèi)星到接收機(jī)的直達(dá)波的偽距，完成接收機(jī)的三維定位，并由此獲得衛(wèi)星的位置信息和接收機(jī)到第i顆衛(wèi)星的距離Di；d)利用直達(dá)波的P碼與反射波的P碼相關(guān)處理并得到相關(guān)函數(shù)，并對相關(guān)函數(shù)求導(dǎo)數(shù)后得到峰值，通過跟蹤該峰值測得第i顆衛(wèi)星反射波相對直達(dá)波的距離差Δri；e)選取可視GPS衛(wèi)星當(dāng)中的任意一顆GPS衛(wèi)星j作為參考衛(wèi)星，建立雙曲面方程，即 <mrow><msub> <mi>&Delta;r</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>&Delta;r</mi> <mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>x</mi><mi>sv</mi><mi>i</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>y</mi><mi>sv</mi><mi>i</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub><mi>y</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>z</mi><mi>sv</mi><mi>i</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub><mi>z</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mo>-</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mo>[</mo><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>x</mi><mi>sv</mi><mi>j</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>y</mi><mi>sv</mi><mi>j</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub><mi>y</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>z</mi><mi>sv</mi><mi>j</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub><mi>z</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mo>-</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>j</mi></msub><mo>]</mo> </mrow>通過求解該雙曲面方程即可得到目標(biāo)的位置(xo，yo，zo)。FSA00000275192600011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法，其特征 在于所述直達(dá)波是通過右旋圓極化天線進(jìn)行接收的，而反射波則是通過左旋圓極化天線 進(jìn)行接收的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法，其特征 在于通過天線接收下來的反射波直接經(jīng)下變頻器下變頻和A/D采樣器采樣送入接收機(jī)處 理單元；而通過天線接收下來的直達(dá)波信號經(jīng)下變頻器下變頻后經(jīng)分離器分成兩路，并對 這兩路信號進(jìn)行A/D采樣器采樣后才送入接收機(jī)處理單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法，其特征 在于在步驟d)的峰值跟蹤過程中，還包括根據(jù)GPS衛(wèi)星信號能量的大小或多普勒值確定 為GPS衛(wèi)星號，并分配不同的通道進(jìn)行P碼的跟蹤和載波的跟蹤的過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法，其特征 在于所述P碼的跟蹤是采用延遲鎖定環(huán)來完成的，而載波的跟蹤則是采用同相正交鎖相 環(huán)相環(huán)來完成。
6.利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的裝置，其特征在于主要由2套極化 方向相反的天線單元、2個(gè)下變頻模塊、1個(gè)分路器、3個(gè)A/D模塊、以及1個(gè)接收機(jī)處理單元 組成；接收4顆或4顆以上可視GPS衛(wèi)星的直達(dá)波的第一天線單元的輸出端經(jīng)第一下變頻 模塊與分路器相連；接收4顆或4顆以上可視GPS衛(wèi)星的反射波的第二天線單元的輸出端 與第二下變頻模塊相連；分路器的輸出端分別連接第一 A/D模塊和第二 A/D模塊；第二下 變頻模塊的輸出端連接第三A/D模塊；第一 A/D模塊、第二 A/D模塊和第三A/D模塊的輸出 端均與接收機(jī)處理單元相連；上述接收機(jī)處理單元內(nèi)存儲有下述程序即a)接收機(jī)產(chǎn)生本地C/A碼與直達(dá)波進(jìn)行相關(guān)處理，通過跟蹤相關(guān)峰值測得直達(dá)波的偽距；b)利用上述所得4顆或4顆以上的可視GPS衛(wèi)星到接收機(jī)的直達(dá)波的偽距，完成接收 機(jī)的三維定位，并由此獲得衛(wèi)星的位置信息(4，>4，4)和接收機(jī)到第i顆衛(wèi)星的距離Di ；c)利用直達(dá)波的P碼與反射波的P碼相關(guān)處理并得到相關(guān)函數(shù)，并對相關(guān)函數(shù)求導(dǎo)數(shù) 后得到峰值，通過跟蹤該峰值測得第i顆衛(wèi)星反射波相對直達(dá)波的距離差A(yù)ri ；d)選取可視GPS衛(wèi)星當(dāng)中的任意一顆GPS衛(wèi)星j作為參考衛(wèi)星，建立雙曲面方程，即
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的裝置，其特征 在于所述天線單元主要由順次連接的天線、低噪聲放大器和帶通濾波器組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的裝置，其 特征在于所述第一天線單元為右旋圓極化天線單元，第二天線單元為左旋圓極化天線單兀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和定位的方法及裝置，采用極化方向相反兩套天線分別接收GPS直達(dá)波和反射波，直達(dá)波用傳統(tǒng)的GPS C/A碼定位方法，得到接收機(jī)的位置、衛(wèi)星星歷等信息。GPS反射信號的P碼與直達(dá)信號的P碼做相關(guān)處理，得到反射波與直達(dá)波的距離差值。當(dāng)可視衛(wèi)星有4顆或以上時(shí)候，可以利用C/A碼測得的接收機(jī)位置、衛(wèi)星星歷和用P碼測得距離差值組成雙曲面方程，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的實(shí)時(shí)定位。本發(fā)明利用C/A碼輔助P碼法來提高信號處理增益，可以解決或者減輕GPS的能量受限問題，為實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的、更具隱蔽性，實(shí)現(xiàn)對重點(diǎn)保護(hù)空域內(nèi)隱身和低空目標(biāo)的探測和定位跟蹤。
文檔編號G01S19/42GK101975960SQ201010285840
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者孫希剛, 孫希延, 張順嵐, 紀(jì)元法, 耿建平, 莫建文 申請人:桂林電子科技大學(xué)