协同短波多站角度与卫星时频的超视距目标直接定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113281702A(43)申请公布日2021.08.20(21)申请号202110481745.4(22)申请日2021.04.30(71)申请人中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地址450000河南省郑州市高新区科学大道62号(72)发明人尹洁昕王鼎杨宾张莉唐涛吴志东任修坤郑娜娥王成张伦东(74)专利代理机构郑州大通专利商标代理有限公司41111代理人张立强(51)Int.Cl.G01S5/04(2006.01)权利要求书6页说明书14页附图4页(54)发明名称协同短波多站角度与卫星时频的超视距目标直接定位方法(57)摘要本发明提供一种协同短波多站角度与卫星时频的超视距目标直接定位方法。该方法包括利用多个短波观测站对待定位辐射源发射的短波信号进行接收和采集，依次建立辐射源地理坐标与其发射的短波信号到达不同短波观测站的方位角之间的代数关系式；利用多颗卫星对待定位辐射源发射的卫星信号转发，并进行接收和采集，依次建立该辐射源地理坐标与其发射的卫星信号经过每颗卫星转发到卫星地面站传播时延、多普勒频偏之间的代数关系式，再表示为与待定位辐射源地理坐标有关的表达式；地面中心站基于短波和卫星信号数据获得估计辐射源经纬度的优化模型，对其进行数值优化，获得辐射源经纬度估计值。本发明具有较快的收敛速度，无需网格搜索。CN113281702ACN113281702A权利要求书1/6页1.协同短波多站角度与卫星时频的超视距目标直接定位方法，其特征在于，包括：步骤1：利用K1个短波观测站接收和采集待定位辐射源发射的短波信号，K1＞1；步骤2：利用K1个短波观测站的地理坐标，依次建立待定位辐射源的地理坐标与其发射的短波信号到达K1个短波观测站的方位角之间的代数关系式；步骤3：依次将K1个短波观测站多个采样时刻的阵列接收信号组成K1个新的短波接收信号矢量，并将K1个新的短波接收信号矢量表示为与待定位辐射源的地理坐标有关的表达式；步骤4：利用K2颗卫星转发待定位辐射源发射的卫星信号，并通过不同卫星地面站接收和采集所述卫星信号；步骤5：利用每颗卫星的地理坐标与卫星地面站的地理坐标，依次建立待定位辐射源的地理坐标与其发射的卫星信号经过每颗卫星转发到卫星地面站的传播时延、多普勒频偏之间的代数关系式；步骤6：依次将K2个卫星地面站多个采样时刻的接收信号组成K2个新的卫星接收信号矢量，并将K2个新的卫星接收信号矢量表示为与待定位辐射源的地理坐标有关的表达式；步骤7：各短波观测站与卫星地面站将采集得到的阵列信号数据传输至地面中心站，地面中心站基于接收到的阵列信号数据利用最大似然估计准则构建直接定位优化模型；步骤8：地面中心站对所述直接定位优化模型进行降维处理，得到关于待定位辐射源的地理坐标与到达各短波观测站俯仰角的降维优化模型；步骤9：地面中心站利用Newton型迭代法对所述降维优化模型进行数值优化，得到待定位辐射源的地理坐标的估计值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，第k1个短波观测站的阵列接收信号模型为：其中，表示第k1个短波观测站的阵列接收信号复包络；表示到达第k1个短波观测站的信号复包络；表示第k1个短波观测站的阵列加性高斯白噪声；表示以信号二维波达方向为函数的阵列流形向量，和分别为短波信号到达第k1个短波观测站的方位角和仰角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，建立的待定位辐射源的地理坐标与其发射的短波信号到达K1个短波观测站的方位角之间的代数关系式为：其中，为短波信号到达第k1个短波观测站的方位角；和分别为第k1个短波观测站的经纬度，α和γ分别为待定位辐射源的经纬度；和均表示坐标系转换向量，2CN113281702A权利要求书2/6页z(α,γ)表示待定位辐射源在地心地固坐标系下的位置向量，表示第k1个短波观测站在地心地固坐标系下的位置向量，ra、rb分别为地球参考椭球的长轴、短轴。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，第k1个新的短波接收信号矢量表示为与待定位辐射源的地理坐标有关的表达式为：其中，tn表示第n个采样时刻，N是采样点数；为第k1个短波观测站的N个采样时刻的阵列接收信号组成的新的短波接收信号矢量；是到达第k1个短波观测站的N个采样时刻的短波信号复包络组成的矢量；是第k1个短波观测站的N个采样时刻的阵列加性高斯白噪声组成的噪声矢量；IN表示N维单位矩阵，表示矩阵的Kronecker乘积，表示以待定位辐射源的地理坐标与俯仰角为函数的阵列流形向量，满足表示以信号二维波达方向为函数的阵列流形向量，和分别为短波信号到达第k1个短波观测站的方位角和仰角。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，由第k