低轨卫星协同测频无源定位方法.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CN112114341A(43)申请公布日2020.12.22(21)申请号202010812503.4(22)申请日2020.08.13(71)申请人中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院地址100071北京市丰台区东大街53号(72)发明人李献斌杨志玺覃江毅范广腾王建王凯季明江(74)专利代理机构北京奥文知识产权代理事务所(普通合伙)11534代理人张文苗丽娟(51)Int.Cl.G01S19/46(2010.01)权利要求书4页说明书10页附图1页(54)发明名称低轨卫星协同测频无源定位方法(57)摘要本发明公开了一种低轨卫星协同测频无源定位方法，该方法包括：多个低轨卫星同时接收地面辐射源信号并计算地面辐射源信号对应的多普勒频率；基于各个低轨卫星计算的多普勒频率和轨道数据，计算每个低轨卫星对应的地面辐射源的坐标测量值；计算所有地面辐射源的坐标测量值的平均值，作为地面辐射源的初始坐标值；基于初始坐标值，计算各个低轨卫星与地面辐射源的位置精度强弱度值；基于位置精度强弱度值，计算所有坐标测量值对应的加权系数；根据所有地面辐射源的坐标测量值及其对应的加权系数，计算地面辐射源的最终坐标值。本发明的低轨卫星协同测频无源定位方法能够充分利用低轨巨型星座中多个低轨卫星的测频信息，实现对地面辐射源的精确定位。CN112114341ACN112114341A权利要求书1/4页1.一种低轨卫星协同测频无源定位方法，其特征在于，包括：1)多个低轨卫星同时接收地面辐射源信号并计算地面辐射源信号对应的多普勒频率；2)基于各个低轨卫星计算的多普勒频率，结合各个低轨卫星的轨道数据，计算每个低轨卫星对应的地面辐射源的坐标测量值；3)计算所有地面辐射源的坐标测量值的平均值，作为地面辐射源的初始坐标值；4)基于初始坐标值，计算各个低轨卫星与地面辐射源的位置精度强弱度值；5)基于位置精度强弱度值，计算所有地面辐射源的坐标测量值对应的加权系数；6)根据所有地面辐射源的坐标测量值及其对应的加权系数，计算地面辐射源的最终坐标值。2.根据权利要求1所述的低轨卫星协同测频无源定位方法，其特征在于，计算地面辐射源信号对应的多普勒频率，包括：11)计算多普勒频率的预测量：对地面辐射源信号进行快速傅里叶变换，根据快速傅里叶变换结果获取多普勒频率的预测量；12)计算多普勒频率的精测量：利用相位锁定环跟踪方法，通过复制与地面辐射源信号一致的载波信号跟踪相位的变化，以获取多普勒频率的精测量。3.根据权利要求2所述的低轨卫星协同测频无源定位方法，其特征在于，多普勒频率的精测量利用以下公式计算；其中，表示t时刻第i个低轨卫星的多普勒频率精测量，f0表示地面辐射源的发射频率，和分别表示t+Δt/2和t-Δt/2时刻本地信号的载波相位值，和的单位为弧度。4.根据权利要求1或3所述的低轨卫星协同测频无源定位方法，其特征在于，采用最小均方误差算法计算低轨卫星对应的地面辐射源的坐标测量值。5.根据权利要求4所述的低轨卫星协同测频无源定位方法，其特征在于，采用最小均方误差算法计算低轨卫星对应的地面辐射源的坐标测量值，包括：21)建立低轨卫星的观测方程；观测方程表示为：AX＝Y；其中，2CN112114341A权利要求书2/4页(·)n表示低轨卫星第n(n＝1,2,3…N)次多普勒测量时的响应内容计算值，φ0表示地面辐射源的预估经度值，λ0表示地面辐射源的预估纬度值，φ表示地面辐射源的迭代经度值，λ表示地面辐射源的迭代纬度值，f0表示地面辐射源的发射频率；fdop表示为：g(φ,λ,f0)利用以下公式计算；c表示光速，Sx、Sy和Sz分别表示低轨卫星的在WGS-84地心坐标下的三维位置坐标，Ux、Uy和Uz分别表示地面辐射源在WGS-84地心坐标下的三维位置坐标，R表示低轨卫星与地面辐射源的距离；22)确定低轨卫星的观测方程中经纬度误差矩阵；利用以下公式计算经纬度误差矩阵X；23)计算经纬度误差矩阵的误差值；利用以下公式计算经纬度误差矩阵的误差值；22ε＝(φ-φ0)+(λ-λ0)其中，ε表示经纬度误差矩阵的误差值；24)判断误差值是否小于设定值；若是，将地面辐射源的迭代经度值和迭代纬度值作为低轨卫星对应的地面辐射源的坐标测量值；若否，将地面辐射源的迭代经度值和迭代纬度值作为下一次迭代过程的地面辐射源的预估经度值和预估纬度值，并返回步骤21)进行再次迭代。6.根据权利要求5所述的低轨卫星协同测频无源定位方法，其特征在于，地面辐射源在WGS-84地心坐标下的三维位置坐标Ux、Uy和Uz利用以下公式转换得到；3CN112114341A权利要求书3/4页其中，S表示基准椭球体的卯酉圆曲率半径，h表示地面辐射源与地球海平面的高度差