CN104849737A - 一种卫星定位系统和定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卫星定位系统和方法，卫星定位系统包括：高轨卫星、低轨第一卫星、低轨第二卫星以及地面定位站；高轨卫星用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的上行信号进行模拟转发；低轨第一卫星和低轨第二卫星，分别用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收高轨卫星模拟转发的上行信号，还分别用于对侦收的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传给地面定位站；地面定位站用于根据低轨第一卫星和低轨第二卫星下传的时差信息计算得到待定位目标辐射源的位置。本发明采用高轨卫星与低轨卫星协同定位，精度高、不需要精密的时间同步、星间链路设备，增强了系统的可靠性。

Description

一种卫星定位系统和定位方法

技术领域

本发明涉及星载无源定位技术领域，具体涉及一种卫星定位系统和定位方法。

背景技术

星载无源定位，因其自身不辐射电、磁、声、光信号而具有很好的隐蔽性，并具有探测距离远、覆盖区域大等优点，使其在民用和军事领域具有广泛的应用前景。图1是现有卫星定位技术分类示意图，参见图1，根据星载无源定位所需的卫星数量，卫星定位可以分为单星定位技术、双星定位技术并可进一步划分。而按照定位卫星轨道高度的不同，现有卫星定位技术可以划分为低轨卫星定位、高轨卫星定位、大椭圆轨道卫星定位、组合轨道卫星定位等。

为了进一步提高卫星定位精度，目前各国的研究重点已经从以前的单星定位技术转变到双星/多星定位技术，但在现有的多星定位技术主要集中于多颗卫星位于相同的轨道类型，例如均位于低轨、均位于高轨等，对于多星分别位于不同的轨道类型(如分别位于高轨、低轨)的情况，目前可见于文献的相关研究几乎没有。现有的卫星定位技术的定位精度较差，在星间同步等方面的要求极高，需要星间同步设备和星间链路设备来实现，方案复杂、成本高。

发明内容

本发明提供了一种卫星定位系统和定位方法，以解决现有技术中存在的定位精度较差，需要星间同步设备和星间链路设备来实现，系统复杂、成本高的问题。

为到达上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种卫星定位系统，该卫星定位系统包括：高轨卫星、低轨第一卫星、低轨第二卫星以及地面定位站；

高轨卫星，用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的上行信号进行模拟转发；

低轨第一卫星和低轨第二卫星，分别用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收高轨卫星模拟转发的上行信号，还分别用于对侦收的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传给地面定位站；

地面定位站，用于根据低轨第一卫星和低轨第二卫星下传的时差信息计算得到待定位目标辐射源的位置。

可选地，高轨卫星包括：

对地天线，用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号；

发射天线，用于将侦收的上行信号模拟转发，供低轨第一卫星和低轨第二卫星侦收。

可选地，低轨第一卫星和低轨第二卫星分别包括：对天天线、对地天线、合路单元和时差信息提取单元；

对天天线，用于侦收高轨卫星模拟转发的上行信号，将高轨卫星模拟转发的上行信号发送给合路单元；

对地天线，用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并将待定位目标辐射源发射的上行信号发送给合路单元；

合路单元，用于接收对天天线和对地天线发送的上行信号，并对两路上行信号进行合路，将合路后的信号发送给时差信息提取单元；

时差信息提取单元，用于对合路单元合路后的信号进行时差信息提取，并将提取的时差信息下传给所述地面定位站。

可选地，低轨第一卫星或低轨第二卫星具体用于根据下列公式得到时差估计值：

设低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号分别为：

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=s\left(t\right)+n_x\left(t\right)\\ y\left(t\right)=\mathrm{As}(t-\mathrm{\τ})e^{j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}+n_y\left(t\right)\end{array}\right.$   公式(1)

其中s(t)为待定位目标辐射源发射的上行信号，τ、f_d、A分别是侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的时差、频差和相对幅度，n_x(t)和n_y(t)分别为侦收的两路上行信号x(t)、y(t)附加的零均值高斯白噪声，且互相独立；

获取侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的互模糊函数为：

$R(\mathrm{\τ},f_d)={\∫}_0^{\mathrm{\θ}}x\left(t\right)y^{*}(t+\mathrm{\τ})e^{-j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}\mathrm{dt}$   公式(2)

其中θ为积分时间；

对低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号x(t)和y(t)以采样频率f_s进行离散化，令t＝nθ_s，则公式(2)的离散形式为：

$R(m,k)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)y^{*}(n+m)e^{-j2\mathrm{\πkn}/N}$   公式(3)

其中N＝θ/θ_s，f＝kf_s/N，τ＝mθ_s，采样周期θ_s＝1/f_s；

设|R(m,k)|的极值点为(m₀,k₀)，则得到低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号的时差估计值为

可选地，地面定位站具体用于，根据下列公式计算得到待定位目标辐射源的位置：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{t}}_{d1}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_2-r\left|\right)\\ {\hat{t}}_{d2}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_3-r\left|\right)\\ x^2+y^2+z^2=R^2\end{array}\right.$   公式(4)

其中为低轨第一卫星计算得到的时差估计值，为低轨第二卫星计算得到的时差估计值，R₁为高轨卫星的位置，R₂、R₃分别为低轨第一卫星和低轨第二卫星的位置，r(x,y,z)为待定位目标辐射源的位置，R为地球半径，c为光速；

地面定位站根据计算得到的时差估计值形成两个等时差的双曲面，该两个等时差的双曲面与地球面相交后得到两个位置点；对低轨第一卫星和低轨第二卫星的覆盖区域进行分析，根据分析结果去除两个位置点中的一个模糊点，从而得到待定位目标辐射源的位置。

与上述卫星定位系统相对应的，本发明还提供了一种卫星定位方法，该卫星定位方法包括：

侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的上行信号进行模拟转发；

分别侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收模拟转发的上行信号，对侦收到的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传；

根据下传的时差信息计算得到待定位目标辐射源的位置。

可选地，侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的上行信号进行模拟转发包括：

利用对地天线侦收待定位目标辐射源发射的上行信号；

利用发射天线将侦收到的上行信号模拟转发。

可选地，分别侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收模拟转发的上行信号，对侦收的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传包括：

利用对天天线分别侦收模拟转发的上行信号，将模拟转发的上行信号发送给合路单元；

利用对地天线分别侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并将待定位目标辐射源发射的上行信号发送给合路单元；

利用合路单元接收对天天线和对地天线发送的上行信号，并分别对两路上行信号进行合路，将合路后的信号发送给时差信息提取单元；

利用时差信息提取单元对合路后的信号进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将得到的一路时差信息下传。

可选地，利用时差信息提取单元对合路后的信号进行时差信息提取，分别得到一路时差信息包括：

设低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号分别为：

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=s\left(t\right)+n_x\left(t\right)\\ y\left(t\right)=\mathrm{As}(t-\mathrm{\τ})e^{j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}+n_y\left(t\right)\end{array}\right.$   公式(1)

其中s(t)为待定位目标辐射源发射的信号，τ、f_d、A分别是两路上行信号x(t)、y(t)的时差、频差和相对幅度，n_x(t)和n_y(t)分别为侦收的两路上行信号x(t)、y(t)附加的零均值高斯白噪声，且互相独立；

获取侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的互模糊函数为：

$R(\mathrm{\τ},f_d)={\∫}_0^{\mathrm{\θ}}x\left(t\right)y^{*}(t+\mathrm{\τ})e^{-j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}\mathrm{dt}$   公式(2)

其中θ为积分时间；

对低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号x(t)和y(t)以采样频率f_s进行离散化，令t＝nθ_s，则公式(2)的离散形式为：

$R(m,k)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)y^{*}(n+m)e^{-j2\mathrm{\πkn}/N}$   公式(3)

其中N＝θ/θ_s，f＝kf_s/N，τ＝mθ_s，采样周期θ_s＝1/f_s；

设|R(m,k)|的极值点为(m₀,k₀)，则得到低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号的时差估计值为

根据下传的时差信息计算得到待定位目标辐射源的位置包括：

根据下列公式计算得到待定位目标辐射源的位置：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{t}}_{d1}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_2-r\left|\right)\\ {\hat{t}}_{d2}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_3-r\left|\right)\\ x^2+y^2+z^2=R^2\end{array}\right.$   公式(4)

其中为低轨第一卫星计算得到的时差估计值，为低轨第二卫星计算得到的时差估计值，R₁为高轨卫星的位置，R₂、R₃分别为低轨第一卫星和低轨第二卫星的位置，r(x,y,z)为待定位目标辐射源的位置，R为地球半径，c为光速；

根据计算得到的时差估计值形成两个等时差的双曲面，该两个等时差的双曲面与地球面相交后得到两个位置点；对低轨第一卫星和低轨第二卫星的覆盖区域进行分析，根据分析结果去除两个位置点中的一个模糊点，从而得到待定位目标辐射源的位置。

本发明的有益效果是：采用高、低轨卫星协同定位技术，利用高、低轨卫星之间星间距离大，使得待定位目标辐射源发射的信号到达各卫星的时间差大的特点，提高了多星时差协同定位的精度；并且，本发明不需要进行星间同步、不需要通过星间链路进行数据传输，对星载设备的功能要求简单、结构要求低、质量轻，简化了卫星定位系统的复杂性；此外，本发明分别通过低轨卫星内部的一个接收机对同源的两路上行信号同时进行采集，可以避免由不同接收机侦收两路上行信号时，接收机内部时延不一致等因素带来的不利影响，增强了整个卫星定位系统和方法的可靠性。

附图说明

图1是现有卫星定位技术分类示意图；

图2是本发明一个实施例的一种卫星定位系统的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的一种卫星定位方法的流程示意图；

图4是本发明一个实施例的低轨卫星对信号处理的流程示意图；

图5a和图5b是本发明一个实施例的某一时刻分别得到的两个时差信息的示意图；

图6是本发明一个实施例的利用图3所示的方法对待定位目标辐射源进行定位的结果示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：根据高、低轨卫星之间星间距离大，使得待定位辐射源发射的信号到达卫星的时间差大，有助于多星时差协同定位精度的提高的特点，提出一种基于三星时差的高低、轨卫星协同高精度定位系统和方法，本发明的技术方案不需要精密的时间同步设备和星间链路设备，对星载设备的功能要求简单、结构要求低、质量轻，简化了星上设备的复杂性，增强了方案的可靠性。

图2是本发明一个实施例的一种卫星定位系统的结构示意图，参见图2，本发明一个实施例的这种卫星定位系统包括：高轨卫星、低轨第一卫星、低轨第二卫星以及地面定位站；

高轨卫星，用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的上行信号进行模拟转发；

低轨第一卫星和低轨第二卫星，分别用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收高轨卫星模拟转发的上行信号，还分别用于对侦收的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传给地面定位站；

地面定位站，用于根据低轨第一卫星和低轨第二卫星下传的时差信息计算得到待定位目标辐射源的位置。

通过图1所示的卫星定位系统利用一颗高轨卫星和两颗低轨卫星组合协同定位，定位精度高、成本低、易于实施并且应用前景广阔。

与上述定位系统相对应的，本发明还提供了一种卫星定位方法，该卫星定位方法包括：

侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的上行信号进行模拟转发；

分别侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收模拟转发的上行信号，对侦收到的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传；

根据下传的时差信息计算得到待定位目标辐射源的位置。

图3是本发明一个实施例的一种卫星定位方法的流程示意图，参见图3：本发明一个实施例的这种卫星定位方法包括：

步骤S310，原始信号侦收与转发；

其中，原始信号是指待定位目标辐射源发射的上行信号，原始信号侦收与转发的具体内容，对于高轨卫星和低轨卫星不同。

高轨卫星需要完成信号的侦收与转发，具体的，高轨卫星的对地天线对待定位目标辐射源发射的目标信号实现侦收，在经过模拟变频单元之后，直接通过发射天线发射，不对信号进行处理，是一种模拟转发。高轨卫星的信号侦收与转发流程为：对地天线侦收原始目标信号→经过模拟变频单元对原始目标信号的频率进行变化→通过功放对原始目标信号进行放大处理→由发射天线将放大后的原始目标信号模拟转发，以供低轨卫星侦收。

图4是本发明一个实施例的低轨卫星对信号处理的流程示意图；参见图4，低轨卫星(低轨第一卫星或者低轨第二卫星)包括对地/对天两个天线分别用于实现对两个信号的侦收，其中对天天线用于侦收高轨卫星模拟转发的信号，对地天线用于对地面待定位目标辐射源发射原始目标信号的侦收。

步骤S320，星上信号处理；

星上信号处理在两颗低轨卫星(低轨第一卫星和低轨第二卫星)上分别进行，完成对合路后两个同源信号的A/D采样、以及时差信息提取。

步骤S310中低轨卫星的对地天线和对天天线侦收到的两个同源信号(同一信号经过不同传输路径)分别通过低轨卫星(低轨第一卫星或者低轨第二卫星)内部共本振的两个模拟变频单元(第一模拟变频单元和第二模拟变频单元)进行频率变换，然后在合路单元中进行合路，最终进入时差信息提取单元进行A/D采样、时差信息的提取，从而使得两颗低轨卫星分别提取到一路时差信息。

时差信息的提取，可以通过互模糊函数对同源信号的相关估计得到。

假设低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号分别为：

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=s\left(t\right)+n_x\left(t\right)\\ y\left(t\right)=\mathrm{As}(t-\mathrm{\τ})e^{j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}+n_y\left(t\right)\end{array}\right.$   公式(1)

其中s(t)为待定位目标辐射源发射的上行信号，τ、f_d、A分别是低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的时差、频差和相对幅度，n_x(t)和n_y(t)分别为侦收的两路上行信号x(t)、y(t)附加的零均值高斯白噪声，且互相独立；

获取侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的互模糊函数为：

$R(\mathrm{\τ},f_d)={\∫}_0^{\mathrm{\θ}}x\left(t\right)y^{*}(t+\mathrm{\τ})e^{-j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}\mathrm{dt}$   公式(2)

其中θ为积分时间；

对低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号x(t)和y(t)以采样频率f_s进行离散化，令t＝nθ_s，则公式(2)的离散形式为：

$R(m,k)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)y^{*}(n+m)e^{-j2\mathrm{\πkn}/N}$   公式(3)

其中N＝θ/θ_s，f＝kf_s/N，τ＝mθ_s，采样周期θ_s＝1/f_s；

设|R(m,k)|的极值点为(m₀,k₀)，则得到低轨第一卫星或低轨第二卫星侦收的两路上行信号的时差估计值为

步骤S330，星上处理结果下传；

两颗低轨卫星(低轨第一卫星和低轨第二卫星)上提取得到的时差信息均通过卫星数传链路下传到地面定位站。

步骤S340，地面站定位计算

根据两颗低轨卫星计算得到的两个时差信息，可形成两个等时差的双曲面，这两个等时差的双曲面与地球面相交后得到两个点，再通过对低轨卫星可覆盖区域的分析可以去除一个模糊点，从而得到待定位目标辐射源的真实位置。

地面定位站具体用于，根据下列公式计算得到待定位目标辐射源的位置：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{t}}_{d1}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_2-r\left|\right)\\ {\hat{t}}_{d2}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_3-r\left|\right)\\ x^2+y^2+z^2=R^2\end{array}\right.$   公式(4)

其中为低轨第一卫星计算得到的时差估计值，为低轨第二卫星计算得到的时差估计值，R₁为高轨卫星的位置，R₂、R₃分别为低轨第一卫星和低轨第二卫星的位置，r(x,y,z)为待定位目标辐射源的位置，R为地球半径，c为光速；

上述公式(4)的方程组中，只有待定位目标辐射源的三维坐标值(x,y,z)三个未知数，求解公式(4)的方程即可得到待定位目标辐射源的两个位置点，再根据对低轨卫星的可覆盖区域的分析，将得到的两个位置点中的一个模糊点去除，从而确定出待定位目标辐射源真实位置。

经过图3所示的步骤，实现了卫星高精度定位，并且不需要进行星间同步，也不需要通过星间链路进行数据传输，结构要求低、质量轻，简化了星上设备的复杂性，并且分别通过低轨卫星内部的一个接收机对两路信号(待定位目标辐射源发射的上行信号和高轨卫星模拟转发的信号)同时进行采集，可以避免由不同接收机侦收这两路信号时，接收机内部时延不一致等因素带来的不利影响，增强了卫星定位方法的可靠性。

以下结合具体的应用场景，对本发明一个实施例提供的一种卫星定位方法进行说明：

高、低轨三颗卫星的星座参数分别如下表表1所示：

	高轨卫星	低轨第一卫星	低轨第二卫星
				轨道高度	35786km	800km	800km
偏心率	0	0	0
				轨道倾角	0°	60°	60°
近地点幅角	0°	0°	0°
				升交点经度	0°	0°	0°
初始相位	0°	0°	1°

待定位目标辐射源位于北纬4°、东经3°。

图5a和图5b是本发明一个实施例的某一时刻分别得到的两个时差信息的示意图，参见图5，在某一时刻对待定位辐射源进行100次时差测量(引入测量误差，不考虑星历误差)，得到两路时差信息，图5a表示时差信息1，图5b表示时差信息2。根据图5所示的两路时差信息，进一步的定位计算得到待定位目标辐射源的定位结果。

图6是本发明一个实施例的利用图3所示的方法对待定位目标辐射源进行定位的结果示意图，参见图6，可知根据本发明一个实施例提供的这种卫星定位方法计算出来的结果与目标辐射源的真实位置的误差小，提高了定位精度。并且本发明的这种卫星定位方法不需要星间同步设备和星间数据传输设备，简化了星上设备的复杂性，实现简单、成本低，应用前景广阔。

综上所述，本发明的这种基于三星时差的高低、轨卫星协同高精度定位系统和方法，不需要精密的时间同步设备和星间链路设备，对星载设备的功能要求简单、结构要求低、质量轻，简化了星上设备的复杂性，增强了卫星定位系统和方法的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种卫星定位系统，其特征在于，所述卫星定位系统包括：高轨卫星、低轨第一卫星、低轨第二卫星以及地面定位站；

所述高轨卫星，用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的所述上行信号进行模拟转发；

所述低轨第一卫星和所述低轨第二卫星，分别用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收所述高轨卫星模拟转发的上行信号，还分别用于对侦收的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传给所述地面定位站；

所述地面定位站，用于根据所述低轨第一卫星和所述低轨第二卫星下传的所述时差信息计算得到所述待定位目标辐射源的位置。

2.根据权利要求1所述的卫星定位系统，其特征在于，所述高轨卫星包括：

对地天线，用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号；

发射天线，用于将侦收的所述上行信号模拟转发，供所述低轨第一卫星和所述低轨第二卫星侦收。

3.根据权利要求1所述的卫星定位系统，其特征在于，所述低轨第一卫星和所述低轨第二卫星分别包括：对天天线、对地天线、合路单元和时差信息提取单元；

所述对天天线，用于侦收所述高轨卫星模拟转发的上行信号，将所述高轨卫星模拟转发的上行信号发送给所述合路单元；

所述对地天线，用于侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并将待定位目标辐射源发射的上行信号发送给所述合路单元；

所述合路单元，用于接收所述对天天线和所述对地天线发送的上行信号，并对所述两路上行信号进行合路，将合路后的信号发送给所述时差信息提取单元；

所述时差信息提取单元，用于对所述合路单元合路后的信号进行时差信息提取，并将提取的时差信息下传给所述地面定位站。

4.根据权利要求3所述的卫星定位系统，其特征在于，所述低轨第一卫星或所述低轨第二卫星具体用于根据下列公式得到时差估计值：

设所述低轨第一卫星或所述低轨第二卫星侦收的两路上行信号分别为：

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=s\left(t\right)+n_x\left(t\right)\\ y\left(t\right)=\mathrm{As}(t-\mathrm{\τ})e^{j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}+n_y\left(t\right)\end{array}\right.$      公式(1)

其中s(t)为待定位目标辐射源发射的上行信号，τ、f_d、A分别是侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的时差、频差和相对幅度，n_x(t)和n_y(t)分别为侦收的两路上行信号x(t)、y(t)附加的零均值高斯白噪声，且互相独立；

获取所述侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的互模糊函数为：

$R(\mathrm{\τ},f_d)={\∫}_0^{\mathrm{\θ}}x\left(t\right)y^{*}(t+\mathrm{\τ})e^{-j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}\mathrm{dt}$      公式(2)

其中θ为积分时间；

对所述低轨第一卫星或所述低轨第二卫星侦收的两路上行信号x(t)和y(t)以采样频率f_s进行离散化，令t＝nθ_s，则公式(2)的离散形式为：

$R(m,k)=\underset{n=0}{\overset{N=1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)y^{*}(n+m)e^{-j2\mathrm{\πkn}/N}$       公式(3)

其中N＝θ/θ_s，f＝kf_s/N，t＝mθ_s，采样周期θ_s＝1/f_s；

设|R(m,k)|的极值点为(m₀,k₀)，则得到所述低轨第一卫星或所述低轨第二卫星侦收的两路上行信号的时差估计值为

5.根据权利要求4所述的卫星定位系统，其特征在于，所述地面定位站具体用于，根据下列公式计算得到待定位目标辐射源的位置：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{t}}_{d1}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_2-r\left|\right)\\ {\hat{t}}_{d2}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_3-r\left|\right)\\ x^2+y^2+z^2=R^2\end{array}\right.$ 公式(4)

其中为所述低轨第一卫星计算得到的时差估计值，为所述低轨第二卫星计算得到的时差估计值，R₁为所述高轨卫星的位置，R₂、R₃分别为所述低轨第一卫星和低轨第二卫星的位置，r(x,y,z)为待定位目标辐射源的位置，R为地球半径，c为光速；

所述地面定位站根据计算得到的时差估计值形成两个等时差的双曲面，该两个等时差的双曲面与地球面相交后得到两个位置点；对所述低轨第一卫星和所述低轨第二卫星的覆盖区域进行分析，根据分析结果去除所述两个位置点中的一个模糊点，从而得到所述待定位目标辐射源的位置。

6.一种卫星定位方法，其特征在于，所述卫星定位方法包括：

侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的所述上行信号进行模拟转发；

分别侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收所述模拟转发的上行信号，对侦收到的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传；

根据下传的所述时差信息计算得到所述待定位目标辐射源的位置。

7.根据权利要求6所述的卫星定位方法，其特征在于，所述侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并对侦收的所述上行信号进行模拟转发包括：

利用对地天线侦收待定位目标辐射源发射的上行信号；

利用发射天线将侦收到的所述上行信号模拟转发。

8.根据权利要求6所述的卫星定位方法，其特征在于，所述分别侦收待定位目标辐射源发射的上行信号以及侦收所述模拟转发的上行信号，对侦收的两路上行信号各自进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将分别得到的一路时差信息下传包括：

利用对天天线分别侦收所述模拟转发的上行信号，将所述模拟转发的上行信号发送给合路单元；

利用对地天线分别侦收待定位目标辐射源发射的上行信号，并将待定位目标辐射源发射的上行信号发送给合路单元；

利用合路单元接收所述对天天线和所述对地天线发送的上行信号，并分别对所述两路上行信号进行合路，将合路后的信号发送给时差信息提取单元；

利用时差信息提取单元对所述合路后的信号进行时差信息提取，分别得到一路时差信息，将得到的一路时差信息下传。

9.根据权利要求8所述的卫星定位方法，其特征在于，所述利用时差信息提取单元对所述合路后的信号进行时差信息提取，分别得到一路时差信息包括：

设所述低轨第一卫星或所述低轨第二卫星侦收的两路上行信号分别为：

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=s\left(t\right)+n_x\left(t\right)\\ y\left(t\right)=\mathrm{As}(t-\mathrm{\τ})e^{j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}+n_y\left(t\right)\end{array}\right.$ 公式(1)

其中s(t)为待定位目标辐射源发射的信号，t、f_d、A分别是侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的时差、频差和相对幅度，n_x(t)和n_y(t)分别为侦收的两路上行信号x(t)、y(t)附加的零均值高斯白噪声，且互相独立；

获取所述侦收的两路上行信号x(t)、y(t)的互模糊函数为：

$R(\mathrm{\τ},f_d)={\∫}_0^{\mathrm{\θ}}x\left(t\right)y^{*}(t+\mathrm{\τ})e^{-j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}\mathrm{dt}$ 公式(2)

其中θ为积分时间；

对所述低轨第一卫星或所述低轨第二卫星侦收的两路上行信号x(t)和y(t)以采样频率f_s进行离散化，令t＝nθ_s，则公式(2)的离散形式为：

$R(m,k)=\underset{n=0}{\overset{N=1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)y^{*}(n+m)e^{-j2\mathrm{\πkn}/N}$ 公式(3)

其中N＝θ/θ_s，f＝kf_s/N，t＝mθ_s，采样周期θ_s＝1/f_s；

设|R(m,k)|的极值点为(m₀,k₀)，则得到所述低轨第一卫星或所述低轨第二卫星侦收的两路上行信号的时差估计值为

10.根据权利要求9所述的卫星定位方法，其特征在于，所述根据下传的所述时差信息计算得到所述待定位目标辐射源的位置包括：

根据下列公式计算得到待定位目标辐射源的位置：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{t}}_{d1}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_2-r\left|\right)\\ {\hat{t}}_{d2}=\frac{1}{c}\left(\right|R_1-r|-|R_3-r\left|\right)\\ x^2+y^2+z^2=R^2\end{array}\right.$ 公式(4)

其中为所述低轨第一卫星计算得到的时差估计值，为所述低轨第二卫星计算得到的时差估计值，R₁为所述高轨卫星的位置，R₂、R₃分别为所述低轨第一卫星和低轨第二卫星的位置，r(x,y,z)为待定位目标辐射源的位置，R为地球半径，c为光速；

根据计算得到的时差估计值形成两个等时差的双曲面，该两个等时差的双曲面与地球面相交后得到两个位置点；对所述低轨第一卫星和所述低轨第二卫星的覆盖区域进行分析，根据分析结果去除所述两个位置点中的一个模糊点，从而得到所述待定位目标辐射源的位置。