一种基于GP迭代外推的单星定位方法.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CN111679296A(43)申请公布日2020.09.18(21)申请号202010470043.1(22)申请日2020.05.28(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人房宵杰王迦祺沙学军梅林李卓明(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人张换男(51)Int.Cl.G01S19/08(2010.01)G01S19/25(2010.01)G01S19/27(2010.01)G06F17/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称一种基于GP迭代外推的单星定位方法(57)摘要一种基于GP迭代外推的单星定位方法，它属于信号处理领域。本发明解决了采用传统多普勒定位方法在单星定位过程中所需要的定位时间长，卫星飞行时间长以及飞行成本高的问题。本发明对传统的GP迭代外推算法和多普勒单星定位算法进行优化。通过对卫星已经接收到的信号采用分数傅里叶变换进行合理外推，使得信号在变换域上更加带限，有利于选取合适的滤波器和达到更加良好的外推效果。同时在保证一定的定位精度的要求下，应用信号外推获得了更多的多普勒信息，减缓了定位过程的复杂性问题，缩减了单星定位的时间以及卫星飞行时间，降低了卫星的飞行成本。本发明可以应用于单星定位。CN111679296ACN111679296A权利要求书1/2页1.一种基于GP迭代外推的单星定位方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、卫星在地表辐射源上空飞行时，接收到辐射源发出的信号g(t)，将g(t)作为卫星接收到的观测信号；步骤二、对步骤一中卫星接收到的观测信号g(t)进行后补零处理，将补零段的信号记为p(t)；步骤三、初始化待外推信号为g0(t)，g0(t)由观测信号g(t)与补零段信号p(t)构成；初始化支撑集为Φ0，Φ0为包含且仅包含观测信号g(t)与补零段信号p(t)的支撑集；预置迭代次数为N，对初始化的待外推信号g0(t)进行迭代外推，直至满足预置的迭代次数时停止，获得外推出的信号f(t)；步骤四、对外推出的信号f(t)进行时频分析，得到信号f(t)的时间-频率函数；再按照时间间隔Δt对时间-频率函数进行M次多普勒频率的采样，分别得到在各采样时刻卫星接收信号的多普勒频率估计值；步骤五、根据卫星星历获得卫星在各采样时刻的位置及速度，再利用卫星在各采样时刻的位置、速度，以及在各采样时刻卫星接收信号的多普勒频率估计值，求解出地表辐射源的位置。2.根据权利要求1所述的一种基于GP迭代外推的单星定位方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：步骤三一、初始化待外推信号为g0(t)，初始化支撑集为Φ0；步骤三二、对步骤三一中的初始化待外推信号g0(t)进行p阶分数傅里叶变换，经过p阶分数傅里叶变换后获得的信号为B[g0(t)]；步骤三三、对步骤三二获得的信号B[g0(t)]进行滤波，获得滤波后的信号B[f0(t)]；步骤三四、对步骤三三得到的滤波后信号B[f0(t)]进行-p阶分数傅里叶变换，得到时域中的映射信号f1(t)；步骤三五、在初始化支撑集Φ0内，利用步骤三一中初始化待外推信号g0(t)对步骤三四获得的信号f1(t)的对应时域部分进行替代，得到时域中第一次迭代获得的信号g1(t)；替代方法为：式中，B代表在整个时域范围内；同时，对初始化支撑集Φ0进行更新获得第一次迭代获得的支撑集Φ1，支撑集Φ1为包含且仅包含信号g1(t)的支撑集；步骤三六、将步骤三五中获得的信号g1(t)赋值给步骤三一中的初始化待外推信号，将支撑集Φ1赋值给初始化支撑集，来重复步骤三二至步骤三五的过程，直至满足预置迭代次数N时停止迭代，得到第N次迭代获得的信号gN(t)，将第N次迭代获得的信号gN(t)作为外推出的信号f(t)。3.根据权利要求2所述的一种基于GP迭代外推的单星定位方法，其特征在于，所述步骤五的具体过程为：在包含辐射源的位置范围内划分网格，获得网格点集∑，(xk,yk,zk)∈∑，(xk,yk,zk)为2CN111679296A权利要求书2/2页网格点集∑内的网格点坐标；其中，中间变量(xj,yj,zj)是卫星在第j个采样时刻的位置，是卫星在第j个采样时刻的速度，c代表光速，ωj代表在第j个采样时刻卫星接收信号的多普勒频率估计值，ω为辐射源发射的信号频率，εj为第j个采样时刻的测频误差，向量rj是向量的模，j＝1,2,…，M；将公式(2)改写为如下形式：将简记为gj(xk,yk,zk)，则ωj＝ωgj(xk,yk,zk)+εj(4)将全部M个采样点所对应的公式(4)整理成如下的矩阵形式：Ω＝Gω+E(5)TT式中，Ω、G和E均为中间变