一種基于地面合作信號的雙星座定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地面合作信號的雙星座定位方法,首先將衛(wèi)星信息和地面合作信號發(fā)射站的信息傳遞給信息預(yù)處理模塊;然后信息預(yù)處理模塊計算主、副星接收到同一個合作信號時的時差、頻差測量值并將之傳遞給誤差標(biāo)校計算模塊;然后誤差標(biāo)校計算模塊計算出與定位精度有關(guān)的誤差值并將這些值傳遞給信號定位重處理模塊;最后利用信號定位重處理模塊求解目標(biāo)源精確位置;本發(fā)明所述的定位方法可以有效校正主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差,最終提高雙星座系統(tǒng)對目標(biāo)源的定位精度。
【專利說明】
一種基于地面合作信號的雙星座定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星對地面電磁輻射源定位的技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于地面合作 信號的雙星座定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙星座定位系統(tǒng)主要用于對衛(wèi)星干擾信號進行偵測,進而實現(xiàn)對干擾源的定位, 同時也可用于對空間電磁信號的監(jiān)測;現(xiàn)有雙星座定位系統(tǒng)主要包括地面衛(wèi)星信息接收模 塊、信息預(yù)處理模塊及信號定位處理模塊;利用現(xiàn)有雙星座定位系統(tǒng)對干擾源定位時,首先 需要地面衛(wèi)星信息接收模塊接收來自衛(wèi)星的原始測量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星信息以及任務(wù)計劃;然后 利用信息預(yù)處理模塊對原始測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析并測量信號參數(shù),完成信號分選配對和 時差頻差測量處理,形成信號描述字信息,并傳給定位處理模塊;最后定位處理模塊利用衛(wèi) 星測量的目標(biāo)信號時差值和頻差值,求解目標(biāo)源精確位置。
[0003] 但是雙星座定位系統(tǒng)對目標(biāo)的定位精度與星座位置測量精度、時差測量精度和頻 率測量精度等諸多因素有關(guān),尤其是衛(wèi)星長期在軌運行后,各種系統(tǒng)誤差將發(fā)生變化,會對 雙星座輻射源定位精度產(chǎn)生嚴重的負面影響,從而導(dǎo)致雙星座定位系統(tǒng)的定位精度過低, 定位結(jié)果不可靠。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于地面合作信號的雙星座定位方法,利用地面合作 信號發(fā)射站輻射的合作信號,有效校正主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差、主衛(wèi)星和副 衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差和主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差,最終提高雙星座系統(tǒng)對目標(biāo)源的定位精度。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006] -種基于地面合作信號的雙星座定位方法,包括以下步驟:
[0007] A:地面衛(wèi)星信息接收模塊接收來自主衛(wèi)星和副衛(wèi)星采集到的目標(biāo)源發(fā)射的目標(biāo) 信號的原始數(shù)據(jù)以及主衛(wèi)星和副衛(wèi)星參數(shù)信息,并將目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)以及主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星參數(shù)信息傳遞給信息預(yù)處理模塊,進入下一步;
[0008] B:合作信號構(gòu)型模塊依據(jù)衛(wèi)星覆蓋區(qū)域和地面輻射源資源,選擇地面合作信號發(fā) 射站,并將地面合作信號發(fā)射站的位置信息和合作信號的頻率、脈沖寬度以及重復(fù)頻率信 息傳遞給信息預(yù)處理模塊,包括以下步驟:
[0009] B1:合作信號構(gòu)型模塊選定任務(wù)區(qū)域;
[0010] B2:合作信號構(gòu)型模塊在任務(wù)區(qū)域內(nèi)選擇4個地面合作信號發(fā)射站,并將將選取的 四個地面合作信號發(fā)射站的真實位置信息記為以地心為中心的三維坐標(biāo)信息(Xrl,Xr2, Xr3, Xr4);
[0011] B3:將選取的地面合作信號發(fā)射站的真實位置信息(^^^仏^滴合作信號的 頻率、脈沖寬度以及重復(fù)頻率信息傳遞給信息預(yù)處理模塊,進入下一步;
[0012] C:信息預(yù)處理模塊對目標(biāo)信號源初始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析和分選,對合作信號進行 分選,并計算主、副星接收到同一個合作信號時的時差、頻差測量值,形成信號描述字信息, 然后將信號描述字信息傳遞給誤差標(biāo)校計算模塊,包括以下步驟:
[0013] C1:信息預(yù)處理模塊對目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析和分選;
[0014] C2:信息預(yù)處理模塊對合作信號進行分選;
[0015] C3:信息預(yù)處理模塊計算主星與副星接收到同一個合作信號時的時差值和頻差 值,將主星與副星接收到第i個合作信號時的時差測量值記為A tri,將主星與副星接收到第 i個合作信號時的頻差測量值記為八匕1,1 = 1,2,3,4,即主星與副星接收到四個合作信號的 時差測量值為(A trl,Δ tr2, Δ tr3, Δ tr4),主星與副星接收到四個合作信號的頻差測量值為 (A fri, Δ fr2, Δ fr3, Δ fr4) ; ?AT一步;
[0016] D:誤差標(biāo)校計算模塊對主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的位置信息和合作信號信息做定位增強 處理,計算出主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度、主衛(wèi)星和 副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系 統(tǒng)誤差,并將這些值傳遞給信號定位重處理模塊,包括以下步驟:
[0017] D1:定義各主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的位置信息、合作信號信息:
[0018] 設(shè)主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差為Ssys,設(shè)主衛(wèi)星和副衛(wèi)星 接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差為〇sys;用AXsys=[ AXsys, Aysys, Δ Zsys]T表示主衛(wèi)星和 副衛(wèi)星之間的相對位置誤差,用)^1=[& 1,"1,2"]7表示第1個地面合作信號發(fā)射站的真實 位置;用X=[x,y,z]T表示目標(biāo)源的真實位置,Χ」=[χ」,η, Ζ」]τ表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的測量 位置,」=1,2,用\^=|^力,¥2] 1'表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座測量速度,用八¥=[八~,八 vy,Δ Vz]T表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差,用Δ tri表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信 號的時差測量值,A fri表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差測量值;
[0019] D2:依據(jù)衛(wèi)星測量的TD0A值聯(lián)立四個地面發(fā)射站的TD0A方程組,
[0021] c表示光速,將地面合作信號發(fā)射站的真實位置(^士^^^彡代入方程組^解 得出主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差A(yù) Xsys和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差 的系統(tǒng)誤差Ssys;
[0022] D3:依據(jù)衛(wèi)星測量的ro〇A值聯(lián)立四個地面發(fā)射站的ro〇A方程組,
[0024] 其中:
[0025] Π? - [ ( Xri-Χ1- Δ Xsys ) , ( Yri-y 1- Δ ySys ) , ( Zri-Zl- Δ Zsys ) ] r
[0026] r2iT= [ (Xri_X2),(yri_y2),(Zri_Z2) ]T,
[0027] i = l,2,3,4,c為光速,f。為信號頻率;求解方程組可得主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速 度誤差△ V和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差〇sys;
[0028] D4:求經(jīng)過定位增強處理后的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星 的星座速度、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的 頻差:
[0029] 將由D2、D3解得的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差A(yù)Xsys、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接 收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差Ssys、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差Δ V和主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差為〇sys代入以下方程組:
[0031] 求得經(jīng)過定位增強處理后的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置Δ X、、主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星的星座速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差Δ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo) 信號的頻差A(yù) f;進入下一步;
[0032] E:利用信號定位重處理模塊求解目標(biāo)源精確位置:
[0033] 依據(jù)TD0A、FD0A方程及地球球體方程聯(lián)立方程組如下:
[0035] 其中,R為地球半徑,
[0036] Γ1 - [ ( Xd-XI- Δ Xsys ) , ( Yd-y 1- Δ ySys ) , ( Zd-Zl- Δ Zsys )],
[0037] r2T= [ (xd_X2),(yd_y2),(zd_Z2)]T,
[0038] 將經(jīng)過精確測量處理的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置Δ X、、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的 星座速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差△ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號 的頻差A(yù) f代入方程,求解得到目標(biāo)源的精確位置[Xd,yd,Zd]T。
[0039] 步驟B2中所述的地面合作信號發(fā)射站可以采用地面雷達站、通信基站、廣播設(shè)備 或者車載信號發(fā)射源。
[0040] 步驟B2中所述的4個地面合作信號發(fā)射站在星下點區(qū)域選擇。
[0041]本發(fā)明所述的基于地面合作信號的雙星座定位方法可以有效校正主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星之間的相對位置誤差、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差、主衛(wèi)星和副 衛(wèi)星的星座速度誤差和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差,最終提高雙星 座系統(tǒng)對目標(biāo)源的定位精度。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明所述的4個地面合作信號發(fā)射站與主衛(wèi)星和副衛(wèi)星和目標(biāo)源的位置 關(guān)系不意圖;
[0043] 圖2為本發(fā)明所述的基于地面合作信號的雙星座定位方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 本發(fā)明所述的基于地面合作信號的雙星座定位方法,包括以下步驟:
[0045] A:地面衛(wèi)星信息接收模塊接收來自主衛(wèi)星和副衛(wèi)星采集到的目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù) 以及主衛(wèi)星和副衛(wèi)星自身信息,并將目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)以及主衛(wèi)星和副衛(wèi)星自身信息傳遞 給信息預(yù)處理模塊,進入下一步;
[0046] B:合作信號構(gòu)型模塊依據(jù)衛(wèi)星運行軌跡覆蓋區(qū)域和地面輻射源資源,選擇并確定 地面合作信號發(fā)射站,并將地面合作信號發(fā)射站的位置信息和合作信號的頻率、脈沖寬度 以及重復(fù)頻率信息傳遞給信息預(yù)處理模塊;具體過程如下:
[0047] B1:合作信號構(gòu)型模塊根據(jù)任務(wù)規(guī)劃選定任務(wù)區(qū)域;
[0048] B2:合作信號構(gòu)型模塊在任務(wù)區(qū)域內(nèi)選擇4個地面合作信號發(fā)射站:合作信號構(gòu)型 模塊通過雙星座星歷數(shù)據(jù)計算主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的運行軌跡,并在星下點(衛(wèi)星和地心的連 線與地面的交點)區(qū)域選擇4個地面合作信號發(fā)射站;其中,地面合作信號發(fā)射站可選取地 面雷達站、通信基站、廣播設(shè)備或者車載信號發(fā)射源等輻射源,各站的最大間距不超過300 公里;地面合作信號發(fā)射站的具體位置根據(jù)實際地理情況選取,為了保證定位精度,地面合 作信號發(fā)射站應(yīng)選擇在地勢平坦、周圍沒有強輻射源的區(qū)域,將選取的四個地面合作信號 發(fā)射站的真實位置信息記為以地心為中心的三維坐標(biāo)信息(Xrl,Xr2,Xr3,Xr4);
[0049] B3:將選取的地面合作信號發(fā)射站的真實位置信息(^^:^^^彡和合作信號的 頻率、脈沖寬度以及重復(fù)頻率信息傳遞給信息預(yù)處理模塊,完成合作信號構(gòu)型模塊的地面 站構(gòu)型規(guī)劃;
[0050] 進入下一步;
[0051] C:信息預(yù)處理模塊對目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析和分選,并對合作信號進行 分選、配對和時差、頻差測量,形成信號描述字信息,然后將信號描述字信息傳遞給誤差標(biāo) 校計算模塊;具體過程如下:
[0052] C1:信息預(yù)處理模塊對目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析和分選:信息預(yù)處理模塊 通過對目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)進行解析后能夠得到目標(biāo)信號的頻率、脈沖寬度及重復(fù)頻率信 息,為了進一步提高定位精度,信息預(yù)處理模塊還需對目標(biāo)信號信息進行分選(分選是對信 號進行處理時的常用技術(shù)手段,這里不再贅述),保證目標(biāo)信號信息不受其他干擾源的影 響;
[0053] C2:信息預(yù)處理模塊分別對四個合作信號進行分選:地面合作信號發(fā)射站發(fā)射的 合作信號的頻率、脈沖寬度、重復(fù)頻率信息都是已知的,為了進一步提高定位精度,信息預(yù) 處理模塊還需對合作信號信息進行分選,保證合作信號信息不受其他干擾源的影響;
[0054] C3:信息預(yù)處理模塊計算主星與副星接收到同一個合作信號時的時差值和頻差 值:通過C1和C2步驟之后得到目標(biāo)信號及四個合作信號之后,信息預(yù)處理模塊再依據(jù)目標(biāo) 信號原始數(shù)據(jù)里標(biāo)記的時間信息,對同一時間主星和副星接收的合作信號進行時間配對, 然后計算出主星與副星接收到同一個合作信號時的時差、頻差測量值,形成信號描述字,并 傳給定位系統(tǒng)誤差標(biāo)校計算模塊;其中,將主星與副星接收到第i個合作信號時的時差測量 值記為At ri,將主星與副星接收到第i個合作信號時的頻差測量值記為Afri,i = l,2,3,4, 下標(biāo)r僅用于區(qū)分,并沒有具體含義,進入下一步;
[0055] D:誤差標(biāo)校計算模塊對主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的位置信息、合作信號信息及地面合作信 號發(fā)射站的真實位置(^,^,^士4)做定位增強處理,計算出主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的精確位 置、速度、時差和頻差信息,并將這些值傳遞給信號定位重處理模塊;具體過程如下:
[0056] D1:定義各主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的位置信息、合作信號信息:
[0057] 設(shè)主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差為Ssys,設(shè)主衛(wèi)星和副衛(wèi)星 接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差為〇sys;用AXsys=[ AXsys, Aysys, Δ Zsys]T表示主衛(wèi)星和 副衛(wèi)星之間的相對位置誤差,用)^1=[& 1,"1,2"]7表示第1個地面合作信號發(fā)射站的真實 位置;用X=[x,y,z]T表示目標(biāo)源的真實位置,Χ」=[χ」,η, Ζ」]τ表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的測量 位置,」=1,2,用\^=|^力,¥2] 1'表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座測量速度,用八¥=[八~,八 vy,Δ Vz]T表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差,用Δ tri表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信 號的時差測量值,A fri表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差測量值;
[0058] 由步驟C3可知,主星與副星接收到第i個合作信號時的時差測量值為Atri,主星與 副星接收到四個合作信號的頻差測量值記為Af ri,i = l,2,3,4,因此,主星與副星接收到四 個合作信號的時差測量值可記為(A trl,Δ tr2, Δ tr3, Δ tr4),主星與副星接收到四個合作信 號的頻差測量值可記為(Δ frl,Δ fr2,Δ fr3,Δ fr4);
[0059] D2:依據(jù)衛(wèi)星測量的TDOA值聯(lián)立四個地面發(fā)射站的TDOA方程組:
[0061] 其中,c表示光速,將地面合作信號發(fā)射站的真實位置(^^&^^一代入方程 組,求解得出主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差A(yù) Xsys和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信 號的時差的系統(tǒng)誤差心ys;
[0062] D3:依據(jù)衛(wèi)星測量的ro〇A值聯(lián)立四個地面發(fā)射站的ro〇A方程組:
[0064] 其中:
[0065] Π? - [ ( Xri-Χ1- Δ Xsys ) , ( Yri-y 1- Δ ySys ) , ( Zri-Zl- Δ Zsys ) ] r
[0066] r2iT= [ (Xri_X2),(yri_y2),(Zri_Z2) ]T,
[0067] i = l,2,3,4,c為光速,f。為信號頻率;求解方程組可得主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速 度誤差△ V和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差〇sys;
[0068] D4:求經(jīng)過定位增強處理后的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置ΔΧ、主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星的星座速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差Δ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo) 信號的頻差A(yù)f;具體過程如下:
[0069] 將由D2、D3解得的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差A(yù)Xsys、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接 收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差Ssys、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差Δ V和主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差為〇sys代入以下方程組:
[0071] 求得經(jīng)過定位增強處理后的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置ΔΧ、主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星的星座速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差Δ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo) 信號的頻差A(yù)f;
[0072] E:信號定位重處理模塊利用定位系統(tǒng)誤差標(biāo)校計算模塊計算出的主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星之間的相對位置A X、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的 時差△ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差△ f,求解目標(biāo)源精確位置;具體過程如 下:
[0073] 依據(jù)TD0A、FD0A方程及地球球體方程聯(lián)立方程組如下:
[0075] 其中,R為地球半徑,
[0076] riT= [ (xd_xi_ A xsys),(yd_yi_ A ysys),(zd_zi_ Δ zsys)]T,
[0077] r2T= [ (xd_X2),(yd_y2),(zd_Z2)]T,
[0078] 將經(jīng)過精確測量處理的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置Δ X、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的 星座速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差△ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號 的頻差A(yù) f代入方程,求解得到目標(biāo)源的精確位置[Xd,yd,Zd]T。
[0079] 本發(fā)明中的各個模塊均用于對數(shù)據(jù)進行處理,且各個模塊均可采用處理器。
[0080]本發(fā)明所述的基于地面合作信號的雙星座定位方法可以有效校正主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星之間的相對位置誤差、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差、主衛(wèi)星和副 衛(wèi)星的星座速度誤差和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差,最終提高雙星 座系統(tǒng)對目標(biāo)源的定位精度。
【主權(quán)項】
1. 一種基于地面合作信號的雙星座定位方法,其特征在于:包括以下步驟: A:地面衛(wèi)星信息接收模塊接收來自主衛(wèi)星和副衛(wèi)星采集到的目標(biāo)源發(fā)射的目標(biāo)信號 的原始數(shù)據(jù)以及主衛(wèi)星和副衛(wèi)星參數(shù)信息,并將目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)以及主衛(wèi)星和副衛(wèi)星參 數(shù)信息傳遞給信息預(yù)處理模塊,進入下一步; B:合作信號構(gòu)型模塊依據(jù)衛(wèi)星覆蓋區(qū)域和地面輻射源資源,選擇地面合作信號發(fā)射 站,并將地面合作信號發(fā)射站的位置信息和合作信號的頻率、脈沖寬度以及重復(fù)頻率信息 傳遞給信息預(yù)處理模塊,包括以下步驟: B1:合作信號構(gòu)型模塊選定任務(wù)區(qū)域; B2:合作信號構(gòu)型模塊在任務(wù)區(qū)域內(nèi)選擇4個地面合作信號發(fā)射站,并將將選取的四個 地面合作信號發(fā)射站的真實位置信息記為以地心為中心的三維坐標(biāo)信息(Xrl,Xr2,Xr3, Xr4); B3:將選取的地面合作信號發(fā)射站的真實位置信息(&1,&2,&3,14)和合作信號的頻 率、脈沖寬度以及重復(fù)頻率信息傳遞給信息預(yù)處理模塊,進入下一步; C:信息預(yù)處理模塊對目標(biāo)信號源初始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析和分選,對合作信號進行分 選,并計算主、副星接收到同一個合作信號時的時差、頻差測量值,形成信號描述字信息,然 后將信號描述字信息傳遞給誤差標(biāo)校計算模塊,包括以下步驟: C1:信息預(yù)處理模塊對目標(biāo)信號原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析和分選; C2:信息預(yù)處理模塊對合作信號進行分選; C3:信息預(yù)處理模塊計算主星與副星接收到同一個合作信號時的時差值和頻差值,將 主星與副星接收到第i個合作信號時的時差測量值記為Δ tri,將主星與副星接收到第i個合 作信號時的頻差測量值記為八51,1 = 1,2,3,4,即主星與副星接收到四個合作信號的時差 測量值為(A trl,Δ tr2, Δ tr3, Δ tr4),主星與副星接收到四個合作信號的頻差測量值為(Δ frl , A fr2, Δ fr3, Δ fr4) ; ?AT一步; D:誤差標(biāo)校計算模塊對主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的位置信息和合作信號信息做定位增強處理, 計算出主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度、主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤 差,并將這些值傳遞給信號定位重處理模塊,包括以下步驟: D1:定義各主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的位置信息、合作信號信息: 設(shè)主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差為lys,設(shè)主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收 到目標(biāo)?目號的頻差的系統(tǒng)誤差為〇sys;用Δ Xsys= [ Δ xsys,Δ ysys,Δ Zsys]1^;^;主衛(wèi)星和副衛(wèi) 星之間的相對位置誤差,用11=[& 1,^1,2"]7表示第1個地面合作信號發(fā)射站的真實位置; 用X=[x,y,z]T表示目標(biāo)源的真實位置,心=[幻,^,4]7表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的測量位置,」 =1,2,用\^=|^^,¥ 2]1'表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座測量速度,用厶¥=[&~,&%,&¥ 2]1' 表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差,用△丨"表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差 測量值,A fri表示主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差測量值; D2:依據(jù)衛(wèi)星測量的TDOA值聯(lián)立四個地面發(fā)射站的TDOA方程組,C表示光速,將地面合作信號發(fā)射站的真實位置(^,以^^一代入方程組^解得出 主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差△ xsys和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差的系 統(tǒng)誤差3sys ; D3:依據(jù)衛(wèi)星測量的FDOA值聯(lián)立四個地面發(fā)射站的FDOA方程組,其中: Π? 一 [ ( Xri-XI- Δ Xsys ) , ( Yri-y 1- Δ ySys ) , ( Zri-Zl- Δ Zsys ) ] r Γ2? =[(Xri_X2),(yri_y2),(Zri_Z2)], i = 1,2,3,4,c為光速,fc為信號頻率;求解方程組可得主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差 Δ V和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差〇sys; D4:求經(jīng)過定位增強處理后的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星 座速度、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻 差: 將由D2、D3解得的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置誤差A(yù)Xsys、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到 目標(biāo)信號的時差的系統(tǒng)誤差Ssys、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座速度誤差A(yù)V和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接 收到目標(biāo)信號的頻差的系統(tǒng)誤差為〇 sys代入以下方程組:求得經(jīng)過定位增強處理后的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置A X、、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的 星座速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差△ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號 的頻差△ f;進入下一步; E:利用信號定位重處理模塊求解目標(biāo)源精確位置: 依據(jù)TDOA、FDOA方程及地球球體方程聯(lián)立方程組如下: 其中,R為地球半徑,Γ1 - [ ( Xd-XI- Δ Xsys ) , ( Yd-y 1- Δ ySys ) , ( Zd-Zl- Δ Zsys )], r2T= [ (xd_x2),(yd_y2),(zd_z2) ]T, 將經(jīng)過精確測量處理的主衛(wèi)星和副衛(wèi)星之間的相對位置A X、、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星的星座 速度V、主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的時差Δ t和主衛(wèi)星和副衛(wèi)星接收到目標(biāo)信號的頻 差A(yù) f代入方程,求解得到目標(biāo)源的精確位置[Xd,yd,Zd]T。2. -種基于地面合作信號的雙星座定位方法,其特征在于:步驟B2中所述的地面合作 信號發(fā)射站可以采用地面雷達站、通信基站、廣播設(shè)備或者車載信號發(fā)射源。3. -種基于地面合作信號的雙星座定位方法,其特征在于:步驟B2中所述的4個地面合 作信號發(fā)射站在星下點區(qū)域選擇。
【文檔編號】G01S19/46GK105866811SQ201610170375
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】李軍, 李圣安, 虎雷, 張俊艷, 王蘭, 張 育, 劉劍光, 李永明
【申請人】中國電子科技集團公司第二十七研究所