CN107783157A - 基于导航卫星的外辐射源智能选星方法、系统及雷达平台 - Google Patents

基于导航卫星的外辐射源智能选星方法、系统及雷达平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法、系统及雷达平台，其中，所述方法包括：以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合；以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵；以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星。通过本发明解决了现有技术在目标位置不确定的情况下，无法选星的问题。

Description

基于导航卫星的外辐射源智能选星方法、系统及雷达平台
技术领域
本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法、系统及雷达平台。
背景技术
随着军事技术的发展，雷达电子对抗发展到了一个新阶段，单基地雷达受到来自电子干扰、反辐射导弹、超低空突防和隐身武器的严重威胁。电磁波隐身技术是综合性的，包括外形结构设计，吸(透)波结构材料，吸波涂层以及有源对消等方法，而这些仅对一般单基地雷达有效。
根据双基地雷达理论，当发射机和接收机与目标构成的夹角大于某一值时，目标的雷达散射截面积就会明显增大，巴比涅原理可以直观地解释了复杂目标前向散射面积增大的机理。此时用于隐身飞行器RCS(Radar Cross Section，RCS，雷达散射截面积)减缩的隐身设计、雷达吸波材料涂覆与吸波结构等隐身措施的作用将会大大减弱。
基于外辐射源的无源雷达由于其良好的隐蔽性、反隐身能力及抗干扰性。外辐射源首选的就是导航卫星，包括：地球同步轨道上的北斗导航卫星，再辅以其它轨道上的北斗卫星、以及美国GPS(Global Positioning System，GPS，全球定位系统)卫星、俄罗斯GLONASS(Global Navigation Satellite System，GLONASS，全球导航卫星系统)卫星、欧洲Galileo(伽利略)卫星等，以期实现全天时、大区域的预警监视功能。
使用导航卫星作为机会照射源时，MEO(Medium Earth Oribt，MEO，中高度地球轨道)和IGSO(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit，IGSO，倾斜地球同步轨道)卫星的空间位置(经纬度和高度)会随时间变化而改变，同时目标也在运动，导致两个结果：第一，因为地球曲率的影响，导航卫星对目标在时间维并不是连续可见的；第二，在可见的前提下，导航卫星到目标和雷达到目标两条交线之间的夹角(双站角)在动态变化，在空间维不能保证大双站角。
传统的导航接收机在导航和定位的过程中，对于来自不同导航卫星的信号，通过变换本地匹配测距码，实现对多路导航信号的分离，进而确定可用导航卫星，而在目标位置不确定情况下，无法通过传统的码匹配来确定可用导航卫星。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法及雷达平台，使得雷达平台在飞行过程中，可以实时计算满足散射增强区条件的导航卫星，并将其作为隐身目标探测的可用外辐射源，以实现对隐身目标的有效探测。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，包括：
根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合；
以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵；
根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；
根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星。
在上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法中，雷达平台与导航卫星之间的可见性，包括：雷达平台与导航卫星之间几何位置可见，以及，雷达平台与导航卫星之间信号覆盖性可见。
在上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法中，根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合，包括：
根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定任一时刻下的夹角β、夹角γ、夹角θ和导航卫星信号辐射张角α；其中，夹角β表示导航卫星、雷达平台和地心三者之间的夹角，夹角γ表示雷达平台到地球的切点、雷达平台和地心三者之间的夹角，夹角θ表示雷达平台、导航卫星和地心三者之间的夹角；
若β>γ，则雷达平台与导航卫星之间几何位置可见；
若则雷达平台与导航卫星之间信号覆盖性可见；
将所有满足β>γ且约束条件的导航卫星作为所述任一时刻下的可用导航卫星，得到可见星集合。
在上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法中，根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定任一时刻下的夹角β、夹角γ、夹角θ和导航卫星信号辐射张角α，包括：
确定大地坐标(φ,λ,h)与地心地固直角坐标(x,y,z)之间的变换公式：
x＝(N+h)cosφcosλ
y＝(N+h)cosφsinλ···式(1)
z＝[N(1-e2)+h]sinφ
其中，φ表示纬度，λ表示经度，h表示大地高度，N表示基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e表示椭球偏心率；h＝H+Nh，a表示基准椭球体的长半径，b表示基准椭球体的短半径，H表示海拔高度，Nh表示大地水准面高度；
根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定所述任一时刻下，雷达平台的大地坐标和导航卫星的大地坐标，以及，导航卫星信号辐射张角α；
根据上述式(1)，将雷达平台的大地坐标和导航卫星的大地坐标分别转换为地心地固坐标，得到雷达平台的地心地固坐标(x1,y1,z1)和导航卫星的地心地固坐标(x2,y2,z2)；
根据如下式(2)、(3)和(4)，分别确定所述任一时刻下的夹角β、夹角γ和夹角θ：
其中，R表示地球平均半径。
在上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法中，以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵，包括：
确定所述任一时刻下，目标的大地坐标，以及雷达平台高度h目标和目标高度h平台；
对目标的大地坐标进行坐标变换，得到目标的地心地固坐标(x3,y3,z3)；
根据如下式(5)，确定目标与雷达平台之间的距离d；
根据目标与雷达平台之间的距离d、雷达平台高度h目标和目标高度h平台，通过如下式(6)和(7)，分别确定夹角β*和夹角γ*：
其中，Rmax表示雷达平台的最大探测距离，R表示地球平均半径，夹角β*表示地心、目标和雷达平台三者之间的夹角，夹角γ*表示目标到地球的切点、目标和地心三者之间的夹角；
若d≤Rmax，则目标位于雷达平台探测距离范围内；
若β*＞γ*，则雷达平台与目标之间几何位置可见；
根据所有满足d≤Rmax且β*＞γ*约束条件的目标的地心地固坐标，构建所述目标空间位置矩阵。
在上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法中，目标与导航卫星之间的可见性，包括：目标与导航卫星之间几何位置可见，以及，目标与导航卫星之间信号覆盖性可见。
在上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法中，根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，包括：
确定可见星集合中的任一可用导航卫星A的地心地固坐标(x′2,y′2,z′2)，以及，从所述目标空间位置矩阵中选择任一点M；其中，所述任一点M用于指示任一目标A，所述任一点M的地心地固坐标为(x′3,y′3,z′3)；
根据如下式(8)、(9)和(10)，确定夹角β'、夹角γ'和夹角θ'：
其中，夹角β'表示任一可用导航卫星、任一目标A和地心三者之间的夹角，夹角γ'表示任一目标A到地球的切点、任一目标A和地心三者之间的夹角，夹角θ'表示任一目标A、任一可用导航卫星和地心三者之间的夹角；
若β'>γ'，则任一目标A与任一可用导航卫星之间几何位置可见；
若则任一目标A与任一可用导航卫星之间信号覆盖性可见；其中，α'表示任一可用导航卫星信号辐射张角；
根据所有满足β'>γ'且约束条件的任一目标A所对应的地心地固坐标，构建任一可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；
分别确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵。
在上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法中，根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星，包括：
确定雷达平台的地心地固坐标(x1,y1,z1)、可见星集合中的任一可用导航卫星A的地心地固坐标(x′2,y′2,z′2)，以及，从所述任一可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中选择任一点N；其中，所述任一点N用于指示任一目标B，所述任一点N的地心地固坐标为(x″3,y″3,z″3)；
根据如下式(11)，计算雷达平台、任一可用导航卫星A和任一目标B之间的双站角η：
若η的大小满足设定散射增强区条件，则将所述任一可用导航卫星A确定为实际用星；
依次对各可用导航卫星进行筛选，确定所有实际用星。
相应的，本发明还公开了一种基于导航卫星的外辐射源智能选星系统，包括：
第一确定模块，用于根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合；
构建模块，用于以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵；
第二确定模块，用于根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；
选星模块，用于根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星。
相应的，本发明还公开了一种雷达平台，用于实现任一项所述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法。
本发明具有以下优点：
在目标的位置未知的情况下，雷达平台通过本发明所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，可以自动在导航卫星库中选择合适的导航卫星，使得选择的导航卫星对雷达平台和可能在某点出现的目标同时可见(包括：几何位置可见和信号覆盖可见)，而且，还能保证目标处于散射增强区，本发明所述的智能选星方法对任意雷达平台和目标飞行高度，任意雷达探测距离的情况具有普遍的适用性。
其次，本发明通过网格化目标区域，实时快速计算满足探测条件的导航卫星和对应的目标可探测区域，并以此为依据进行多星信号距离和相位补偿，从而实现多源信号的相干积累，获取足够的检测信噪比，实现对低散射目标的有效探测，解决了现有技术在目标位置不确定的情况下，传统导航接收机无法对目标与卫星之间几何位置和信号覆盖可见性，以及目标与平台之间几何位置可见性进行判断以及无法完成选星的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中一种雷达平台与导航卫星之间的位置示意图；
图3是本发明实施例中又一种雷达平台与导航卫星之间的位置示意图；
图4是本发明实施例中一种目标与雷达平台之间的位置示意图；
图5是本发明实施例中一种导航卫星与目标之间的位置示意图；
图6是本发明实施例中又一种导航卫星与目标之间的位置示意图；
图7是本发明实施例中一种满足300公里探测距离的经纬度集合图；
图8是本发明实施例中一种单调递增函数的示意图；
图9是本发明实施例中一种满足对BEIDOU_1A可见的经纬度集合图；
图10是本发明实施例中一种外辐射源选择BEIDOU_1D时的目标可探测矩阵示意图；
图11是本发明实施例中一种外辐射源选择BEIDOU_2A时的目标可探测矩阵示意图；
图12是本发明实施例中一种外辐射源选择GLONASS-M_6时的目标可探测矩阵示意图；
图13是本发明实施例中一种外辐射源选择GPS_2R-15时的目标可探测矩阵示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。
参照图1，示出了本发明实施例中一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法的步骤流程图。在本实施例中，所述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，包括：
步骤101，根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合。
在本实施例中，雷达平台与导航卫星之间的可见性，包括：雷达平台与导航卫星之间几何位置可见，以及，雷达平台与导航卫星之间信号覆盖性可见。
优选的，所述根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合，可以包括：
子步骤S11，根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定任一时刻下的夹角β、夹角γ、夹角θ和导航卫星信号辐射张角α。
在本实施例中，参照图2，示出了本发明实施例中一种雷达平台与导航卫星之间的位置示意图；参照图3，示出了本发明实施例中又一种雷达平台与导航卫星之间的位置示意图。如图2和3，夹角β表示导航卫星、雷达平台和地心三者之间的夹角，夹角γ表示雷达平台到地球的切点、雷达平台和地心三者之间的夹角，夹角θ表示雷达平台、导航卫星和地心三者之间的夹角。
其中，夹角β、夹角γ、夹角θ和导航卫星信号辐射张角α可以通过如下方式确定：
首先，确定大地坐标(φ,λ,h)与地心地固直角坐标(x,y,z)之间的变换公式。
在本实施例中，为了建立可见性分析的数学公式，必须选定参考坐标系，以表示导航卫星和雷达平台的状态。为了便于计算雷达平台和目标的位置，使用地心地固的随地球而旋转的坐标系，即地心地固坐标系更为方便。其中，大地坐标(φ,λ,h)与地心地固直角坐标(x,y,z)之间的变换公式可以如下：
x＝(N+h)cosφcosλ
y＝(N+h)cosφsinλ···式(1)
z＝[N(1-e2)+h]sinφ
其中，φ表示纬度，λ表示经度，h表示大地高度，N表示基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e表示椭球偏心率；h＝H+Nh，a表示基准椭球体的长半径，b表示基准椭球体的短半径，H表示海拔高度，Nh表示大地水准面高度。
优选的，标准的地球物理模型是世界大地系WGS-84，在这种模型下，地球的长半轴(平均赤道半径)a＝6378.137km，短半轴b＝6356.7523142km，因此地球椭球的偏心率e2＝0.00669437999014。其次，由于大地水准面高度大小相差仅几十米，而雷达平台的高度在上万米高空，因此，可以近似认为h≈H。
其次，根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定所述任一时刻下，雷达平台的大地坐标和导航卫星的大地坐标，以及，导航卫星信号辐射张角α。
然后，根据上述式(1)，将雷达平台的大地坐标和导航卫星的大地坐标分别转换为地心地固坐标，得到雷达平台的地心地固坐标(x1,y1,z1)和导航卫星的地心地固坐标(x2,y2,z2)。
最后，根据如下式(2)、(3)和(4)，分别确定所述任一时刻下的夹角β、夹角γ和夹角θ：
其中，R表示地球平均半径。
子步骤S12，将所有满足β>γ且约束条件的导航卫星作为所述任一时刻下的可用导航卫星，得到可见星集合。
在本实施例中，雷达平台与导航卫星之间的可见性定义可以如下：
若β>γ，则雷达平台与导航卫星之间几何位置可见。
若则雷达平台与导航卫星之间信号覆盖性可见。
基于所述雷达平台与导航卫星之间的可见性定义，可以将将所有满足β>γ且约束条件的导航卫星作为所述任一时刻下的可用导航卫星，得到可见星集合。
可见，通过上述步骤101，雷达平台可以在飞行过程中，实时快速计算对其几何位置可见并信号覆盖性可见的导航卫星。
步骤102，以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵。
在本实施例中，目标在空间的运动位置是随机的，为了实现对目标进行有效的探测，目标必须位于雷达的探测距离范围之内；进一步的，由于雷达平台要接收目标的反射信号，而电磁波在空间中以直线传播，所以为了接收到目标的反射信号，目标必须对雷达几何位置可见。也即，目标与雷达平台之间需要同时满足：雷达平台探测距离范围的约束条件，以及，雷达平台与目标之间的几何位置可见性的约束条件。
优选的，以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵，可以包括：
子步骤S21，确定所述任一时刻下，目标的大地坐标，以及雷达平台高度h目标和目标高度h平台。
子步骤S22，对目标的大地坐标进行坐标变换，得到目标的地心地固坐标(x3,y3,z3)。
如前所述，可以参照上述式(1)对目标的坐标系进行转换，得到目标的地心地固坐标，记为：(x3,y3,z3)。
子步骤S23，根据如下式(5)，确定目标与雷达平台之间的距离d。
在本实施例中，目标与雷达平台之间的距离d的计算公式可以如下式(5)：
子步骤S24，根据目标与雷达平台之间的距离d、雷达平台高度h目标和目标高度h平台，通过如下式(6)和(7)，分别确定夹角β*和夹角γ*。
在本实施例中，参照图4，示出了本发明实施例中一种目标与雷达平台之间的位置示意图。如图4，夹角β*表示地心、目标和雷达平台三者之间的夹角，夹角γ*表示目标到地球的切点、目标和地心三者之间的夹角。
其中，夹角β*和夹角γ*的解算方式可以如下：
其中，Rmax表示雷达平台的最大探测距离，R表示地球平均半径。
子步骤S25，根据所有满足d≤Rmax且β*＞γ*约束条件的目标的地心地固坐标，构建所述目标空间位置矩阵。
在本实施例中，雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性的定义可以如下：
若d≤Rmax，则目标位于雷达平台探测距离范围内。
若β*＞γ*，则雷达平台与目标之间几何位置可见。
基于雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性的定义，可以将所有满足d≤Rmax且β*＞γ*约束条件的目标的地心地固坐标，作为目标空间位置矩阵的构建要素。
步骤103，根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵。
由于目标出现的位置随机，故无法通过传统导航接收机来对目标与导航卫星之间的可见性进行判断。为此，在本实施例中，将目标出现的区域网格化，通过遍历步骤101建立的可见星集合，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，判定基于可见卫星集合中每颗导航星的网格化的目标可见位置矩阵。其中，目标与导航卫星之间的可见性，包括：目标与导航卫星之间几何位置可见，以及，目标与导航卫星之间信号覆盖性可见。
优选的，根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，可以包括：
子步骤S31，确定可见星集合中的任一可用导航卫星A的地心地固坐标(x′2,y′2,z′2)，以及，从所述目标空间位置矩阵中选择任一点M。
在本实施例中，从所述目标空间位置矩阵中选择的任一点M用于指示任一目标A，所述任一点M的地心地固坐标记为(x′3,y′3,z′3)。换而言之，可用导航卫星A为可见星集合中的任一导航卫星；任一点M为目标空间位置矩阵中的任一坐标点，也即，该任一点M所指示的任一目标A为第一目标集合中的任一目标，其中，第一目标集合为：目标空间位置矩阵中的所有地心地固坐标各自对应指示的目标所构成的目标集合。
子步骤S32，根据如下式(8)、(9)和(10)，确定夹角β'、夹角γ'和夹角θ'。
在本实施例中，参照图5，示出了本发明实施例中一种导航卫星与目标之间的位置示意图；参照图6，示出了本发明实施例中又一种导航卫星与目标之间的位置示意图。如图5和6，夹角β'表示任一可用导航卫星、任一目标A和地心三者之间的夹角，夹角γ'表示任一目标A到地球的切点、任一目标A和地心三者之间的夹角，夹角θ'表示任一目标A、任一可用导航卫星和地心三者之间的夹角。
其中，夹角β'、夹角γ'和夹角θ'的解算方式可以如下：
子步骤S33，根据所有满足β'>γ'且约束条件的任一目标A所对应的地心地固坐标，构建任一可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵。
在本实施例中，目标与导航卫星之间的可见性定义可以如下：
若β'>γ'，则任一目标A与任一可用导航卫星之间几何位置可见。
若则任一目标A与任一可用导航卫星之间信号覆盖性可见；其中，α'表示任一可用导航卫星信号辐射张角。
基于所述目标与导航卫星之间的可见性定义，可以将所有满足β'>γ'且约束条件的任一目标A所对应的地心地固坐标，作为所述任一可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵的构建要素。
子步骤S34，分别确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵。
在本实施例中，可以参照上述子步骤S31～S33，分别构建各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵。也即，在本实施例中，在步骤102所确定的目标空间位置矩阵的基础上，计算出了每一颗可用导航卫星(可见星集合中的导航卫星)对应的网格化的目标可见位置矩阵；其中，每一颗导航卫星对应的网格化的目标可见位置矩阵均为通过步骤102所确定的目标空间位置矩阵的子集。
步骤104，根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星。
在本实施例中，在满足导航卫星对目标、雷达平台可见，且目标位于雷达平台的探测距离范围内的条件下，为了对隐身目标进行有效地探测，必须在满足时间维度的可见的基础上，满足空间维度的散射增强区条件。
优选的，根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星，可以包括：
子步骤41，确定雷达平台的地心地固坐标(x1,y1,z1)、可见星集合中的任一可用导航卫星A的地心地固坐标(x′2,y′2,z′2)，以及，从所述任一可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中选择任一点N。
在本实施例中，从所述任一可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中选择的任一点N用于指示任一目标B，所述任一点N的地心地固坐标记为(x″3,y″3,z″3)。换而言之，如前所述，可用导航卫星A为可见星集合中的任一导航卫星；任一点N为该可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中的任一坐标点，也即，该任一点N所指示的任一目标B为第二目标集合中的任一目标，其中，第二目标集合为：该可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中的所有地心地固坐标各自对应指示的目标所构成的目标集合。
子步骤42，根据如下式(11)，计算雷达平台、任一可用导航卫星A和任一目标B之间的双站角η。
在本实施例中，双站角η的解算方式可以如下：
其中，若η的大小满足设定散射增强区条件，则将所述任一可用导航卫星确定为实际用星。也即，在本实施例中，针对可用导航卫星A，若该可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中，存在使得该可用导航卫星A对应的双站角满足设定散射增强区条件的地心地固坐标，则将该可用导航卫星A作为实际用星之一；若该可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中，不存在使得该可用导航卫星A对应的双站角满足设定散射增强区条件的地心地固坐标，则剔除该可用导航卫星A。
子步骤43，依次对各可用导航卫星进行筛选，确定所有实际用星。
在本实施例中，可以参照上述步骤，对可见星集合中的所有可以导航卫星一一进行判断筛选，进而得到所有实际用星，完成对导航卫星的筛选。
由上可知，在任一时刻，在目标的位置未知的情况下，雷达平台可以通过本实施例上述的步骤101～105，自动在导航卫星库中选择合适的导航卫星，使得选择的导航卫星对雷达平台和可能在某点出现的目标同时可见(包括：几何位置可见和信号覆盖可见)，而且，还能保证目标处于散射增强区，本实施例所述的智能选星方法对任意雷达平台和目标飞行高度，任意雷达探测距离的情况具有普遍的适用性。
基于上述实施例，本实施例结合一个具体实例进行说明。以验证本发明所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法的有效性和可行性。
假定：目标飞行高度约为15公里，雷达平台高度约为17公里，雷达可探测的距离范围为300公里(即在雷达平台选择导航卫星对隐身目标进行探测时，隐身目标必须位于距离雷达300公里的距离以内)。
某一时刻(如，2007年7月1日12点12分)，雷达平台位于南海上空，其大地坐标(18.5，111.5，17000)，在北斗、GPS、GLONASS系统中总共选择了15颗导航卫星，包括：地球静止轨道(GEO，Geosynchronous Orbit，地球静止轨道)、倾斜地球同步轨道(IGSO)和中高度地球轨道(MEO)的导航卫星。在该某一时刻下，15颗导航卫星的大地坐标如下：
北斗系统下的导航卫星：
序号 北斗系统 纬度(度) 经度(度) 大地高度(公里)
1 BEIDOU_1A 0.143 138.769 35794.789778
2 BEIDOU_1B 0.484 80.165 35787.750309
3 BEIDOU_1C 0.035 109.008 35779.728318
4 BEIDOU_1D -3.474 148.781 35449.960705
5 BEIDOU_2A -21.623 -177.999 21526.638987
GLONASS系统下的导航卫星：
序号 GLONASS系统 纬度(度) 经度(度) 大地高度(公里)
6 GLONASS-M_5 58.546 -144.820 19157.827903
7 GLONASS-M_6 64.289 69.406 19158.799255
8 GLONASS-M_7 -34.741 -53.636 19179.451559
9 GLONASS-M_8 34.805 126.293 19099.783830
GPS系统下的导航卫星：
序号 GPS系统 纬度(度) 经度(度) 大地高度(公里)
10 GPS_2R-14 -45.185 40.319 20217.914187
11 GPS_2R-15 -29.213 167.340 20123.743320
12 GPS_2R-16 -53.432 -85.587 20114.526170
13 GPS_BIIR-13 -10.550 -27.884 20065.285937
14 GPS_BIIRM-1 -45.185 40.319 20217.914187
15 GPS_BIIRM-3 -53.432 -85.587 20114.526170
则：
第一步，判定导航卫星对雷达平台的可见性。
导航卫星与雷达平台的几何位置可见性：
雷达平台位于南海上空，位置(18.5，111.5，17000)，通过上述式(3)，可以计算得到γ＝85.8192°。
根据上述式(4)，可以计算得到：
在北斗系统中，BEIDOU_1A的β1＝142.273°，BEIDOU_1B的β2＝138.662°，BEIDOU_1C的β3＝158.269°，BEIDOU_1D的β4＝130.609°，BEIDOU_2A的β5＝87.052°。
在GLONASS系统中，GLONASS-M_5的β6＝84.291°，GLONASS-M_6的β7＝112.804°，GLONASS-M_7的β8＝16.835°，GLONASS-M_8的β9＝152.303°。
在GPS系统中，GPS_2R-14的β10＝76.066°，GPS_2R-15的β11＝94.227°，GPS_2R-16的β12＝30.407°，GPS_BIIR-13的β13＝32.543°，GPS_BIIRM-1的β14＝76.066°，GPS_BIIRM-3的β15＝30.407°。
当βi＞γ(i＝1、2、···、15)时，导航卫星对雷达平台可见。所以在上述15颗卫星中，共有8颗卫星在2007年7月1日12点12分时对平台几何可见，分别是：BEIDOU_1A、BEIDOU_1B、BEIDOU_1C、BEIDOU_1D、BEIDOU_2A、GLONASS-M_6、GLONASS-M_8和GPS_2R-15。
导航卫星与雷达平台的几何位置可见性：
导航卫星的信号辐射张角α为42.6°。
根据上述式(4)，可以计算得到：
BEIDOU_1A的θ1＝5.321°、BEIDOU_1B的θ2＝5.747°、BEIDOU_1C的θ3＝3.219°、BEIDOU_1D的θ4＝6.671°、BEIDOU_2A的θ5＝13.239°、GLONASS-M_6的θ6＝13.642°、GLONASS-M_8的θ7＝7.288°和GPS_2R-15的θ8＝13.866°。可见，BEIDOU_1A、BEIDOU_1B、BEIDOU_1C、BEIDOU_1D、BEIDOU_2A、GLONASS-M_6、GLONASS-M_8和GPS_2R-15同时满足
也即，BEIDOU_1A、BEIDOU_1B、BEIDOU_1C、BEIDOU_1D、BEIDOU_2A、GLONASS-M_6、GLONASS-M_8和GPS_2R-15均与雷达平台满足可见性约束条件。
第二步，以雷达平台的探测距离范围为约束条件构建矩阵A。
雷达平台位于南海上空，位置(18.5，111.5，17000)，以300公里的探测距离为约束，生成矩阵A。
参照图7，示出了本发明实施例中一种满足300公里探测距离的经纬度集合图。如图7，雷达平台O周围共计有2403个位置(经纬度)满足条件雷达平台的探测距离(300公里)；其中，图7中，经度和纬度网格的步进都是0.1°。
第三步，以雷达平台与目标之间的几何可见性为约束条件，构建目标空间位置矩阵。
如所述式(6)和(7)，可以证明，在雷达平台高度17公里，目标高度15公里，当两者之间距离小于300公里时，平台和目标始终是几何可见的。
其中，由于反余弦函数是单调递减的，而是单调递增函数，因此，如图8，示出了本发明实施例中一种单调递增函数的示意图，可见，当d＝300时，故，当雷达平台与目标之间的距离小于300公里时，雷达平台和目标始终是几何可见的，满足可见性的最远作用距离范围是918.8公里。
根据函数的单调性证明，当雷达平台与目标之间的距离小于918.8公里时，雷达平台和目标始终是几何可见的，即矩阵A中的经纬度集合均满足目标对平台的几何可见性，也即，当雷达平台与目标之间的距离小于918.8公里时，矩阵A即目标空间位置矩阵。
第四步，判定可用导航卫星对目标的可见性。
以目标与导航卫星之间的几何可见性和信号覆盖可见性为约束条件，判定基于可见星集合中的每颗导航星对应的目标可见位置矩阵。
当外辐射源选择BEIDOU_1A(0.143，138.769，35794.789778e3)时，通过上述式(8)、(9)和(10)，可以计算得到目标空间位置矩阵中每一个目标可能出现位置的β'、γ'和θ'，以β'>γ'且为约束条件，可以计算得出图7中所示的2403个位置也都满足对BEIDOU_1A的可见性，如图9，示出了本发明实施例中一种满足对BEIDOU_1A可见的经纬度集合图。
同理，可以通过计算确定：目标可能出现位置的经纬度矩阵对其它七颗导航卫星(BEIDOU_1B、BEIDOU_1C、BEIDOU_1D、BEIDOU_2A、GLONASS-M_6、GLONASS-M_8和GPS_2R-15)均可见。
第五步，计算双站角
通过上述四步，完成了根据雷达平台的可见性，选择了可用的导航卫星，根据雷达的探测距离限制计算了目标可探测的位置矩阵，并以目标对雷达平台几何可见和目标对卫星可见为约束，对可探测矩阵进行了修正。在本步骤中，再以每一颗可用卫星为外辐射源，根据上述式(11)，计算修正后的目标位置矩阵中每一个位置的双站角，以大于130°为约束条件，生成最终的目标可探测矩阵。
当外辐射源选择BEIDOU_1A(0.143，138.769，35794.789778e3)时，通过上述式(11)计算得到的双站角最大是126.1629°，所以BEIDOU_1A不能作为可选的外辐射源。
当外辐射源选择BEIDOU_1B(0.484，80.165，35787.750309e3)时，通过上述式(11)计算得到的双站角最大是129.7767°，所以BEIDOU_1B不能作为可选的外辐射源。
当外辐射源选择BEIDOU_1C(0.035，109.008，35779.728318e3)时，通过上述式(11)计算得到的双站角最大是110.1844°，所以BEIDOU_1C不能作为可选的外辐射源。
当外辐射源选择BEIDOU_1D(-3.474，148.781，35449.960705e3)时，通过上述式(11)计算得到的满足双站角约束(130°)的目标可探测矩阵如图10所示，图10示出了本发明实施例中一种外辐射源选择BEIDOU_1D时的目标可探测矩阵示意图。
当外辐射源选择BEIDOU_2A(-21.623，-177.999，21526.638987e3)时，通过上述式(11)计算得到的满足双站角约束(130°)的目标可探测矩阵如图11所示，图11示出了本发明实施例中一种外辐射源选择BEIDOU_2A时的目标可探测矩阵示意图。
当外辐射源选择GLONASS-M_6(64.289，69.406，19158.799255e3)时，通过上述式(11)计算得到的满足双站角约束(130°)的目标可探测矩阵如图12所示，图12示出了本发明实施例中一种外辐射源选择GLONASS-M_6时的目标可探测矩阵示意图。
当外辐射源选择GLONASS-M_8(34.805，126.293，19099.783830e3)，通过上述式(11)计算得到的双站角最大是115.7955°，所以GLONASS-M_8不能作为可选的外辐射源。
当外辐射源选择GPS_2R-15(-29.213，167.340，20123.743320e3)，通过上述式(11)计算得到的满足双站角约束(130°)的目标可探测矩阵如图13所示，图13示出了本发明实施例中一种外辐射源选择GPS_2R-15时的目标可探测矩阵示意图。
通过以上五步的计算，在2007年7月1日12点12分，满足导航卫星对平台和可能在某点出现的目标同时可见，目标位于雷达探测范围内，而且又能保证目标处于散射增强区的外辐射源包括：BEIDOU_1D，BEIDOU_2A，GLONASS-M_6和GPS_2R-15。
综上所述，本发明公开了一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，在目标的位置未知的情况下，雷达平台通过本发明所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，可以自动在导航卫星库中选择合适的导航卫星，使得选择的导航卫星对雷达平台和可能在某点出现的目标同时可见(包括：几何位置可见和信号覆盖可见)，而且，还能保证目标处于散射增强区，本发明所述的智能选星方法对任意雷达平台和目标飞行高度，任意雷达探测距离的情况具有普遍的适用性。
其次，本发明通过网格化目标区域，实时快速计算满足探测条件的导航卫星和对应的目标可探测区域，并以此为依据进行多星信号距离和相位补偿，从而实现多源信号的相干积累，获取足够的检测信噪比，实现对低散射目标的有效探测，解决了现有技术在目标位置不确定的情况下，传统导航接收机无法对目标与卫星之间几何位置和信号覆盖可见性，以及目标与平台之间几何位置可见性进行判断以及无法完成选星的问题。
此外，本发明的主要(核心)处理过程只需通过矩阵运算来实现，更有利于硬件实时处理。
基于上述实施例，本发明还公开了一种基于导航卫星的外辐射源智能选星系统，包括：第一确定模块，用于根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合；构建模块，用于以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵；第二确定模块，用于根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；选星模块，用于根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星。
基于上述实施例，本发明还公开了一种雷达平台，所述雷达平台可以用于执行上述基于导航卫星的外辐射源智能选星方法。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，包括：
根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合；
以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵；
根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；
根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星。
2.根据权利要求1所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，雷达平台与导航卫星之间的可见性，包括：雷达平台与导航卫星之间几何位置可见，以及，雷达平台与导航卫星之间信号覆盖性可见。
3.根据权利要求2所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合，包括：
根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定任一时刻下的夹角β、夹角γ、夹角θ和导航卫星信号辐射张角α；其中，夹角β表示导航卫星、雷达平台和地心三者之间的夹角，夹角γ表示雷达平台到地球的切点、雷达平台和地心三者之间的夹角，夹角θ表示雷达平台、导航卫星和地心三者之间的夹角；
若β>γ，则雷达平台与导航卫星之间几何位置可见；
若则雷达平台与导航卫星之间信号覆盖性可见；
将所有满足β>γ且约束条件的导航卫星作为所述任一时刻下的可用导航卫星，得到可见星集合。
4.根据权利要求3所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定任一时刻下的夹角β、夹角γ、夹角θ和导航卫星信号辐射张角α，包括：
确定大地坐标(φ,λ,h)与地心地固直角坐标(x,y,z)之间的变换公式：
其中，φ表示纬度，λ表示经度，h表示大地高度，N表示基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e表示椭球偏心率；h＝H+Nh，a表示基准椭球体的长半径，b表示基准椭球体的短半径，H表示海拔高度，Nh表示大地水准面高度；
根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，确定所述任一时刻下，雷达平台的大地坐标和导航卫星的大地坐标，以及，导航卫星信号辐射张角α；
根据上述式(1)，将雷达平台的大地坐标和导航卫星的大地坐标分别转换为地心地固坐标，得到雷达平台的地心地固坐标(x1,y1,z1)和导航卫星的地心地固坐标(x2,y2,z2)；
根据如下式(2)、(3)和(4)，分别确定所述任一时刻下的夹角β、夹角γ和夹角θ：
其中，R表示地球平均半径。
5.根据权利要求1所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵，包括：
确定所述任一时刻下，目标的大地坐标，以及雷达平台高度h目标和目标高度h平台；
对目标的大地坐标进行坐标变换，得到目标的地心地固坐标(x3,y3,z3)；
根据如下式(5)，确定目标与雷达平台之间的距离d；
根据目标与雷达平台之间的距离d、雷达平台高度h目标和目标高度h平台，通过如下式(6)和(7)，分别确定夹角β*和夹角γ*：
其中，Rmax表示雷达平台的最大探测距离，R表示地球平均半径，夹角β*表示地心、目标和雷达平台三者之间的夹角，夹角γ*表示目标到地球的切点、目标和地心三者之间的夹角；
若d≤Rmax，则目标位于雷达平台探测距离范围内；
若β*＞γ*，则雷达平台与目标之间几何位置可见；
根据所有满足d≤Rmax且β*＞γ*约束条件的目标的地心地固坐标，构建所述目标空间位置矩阵。
6.根据权利要求1所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，目标与导航卫星之间的可见性，包括：目标与导航卫星之间几何位置可见，以及，目标与导航卫星之间信号覆盖性可见。
7.根据权利要求6所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，包括：
确定可见星集合中的任一可用导航卫星A的地心地固坐标(x2′,y2′,z2′)，以及，从所述目标空间位置矩阵中选择任一点M；其中，所述任一点M用于指示任一目标A，所述任一点M的地心地固坐标为(x3′,y3′,z3′)；
根据如下式(8)、(9)和(10)，确定夹角β'、夹角γ'和夹角θ'：
其中，夹角β'表示任一可用导航卫星、任一目标A和地心三者之间的夹角，夹角γ'表示任一目标A到地球的切点、任一目标A和地心三者之间的夹角，夹角θ'表示任一目标A、任一可用导航卫星和地心三者之间的夹角；
若β'>γ'，则任一目标A与任一可用导航卫星之间几何位置可见；
若则任一目标A与任一可用导航卫星之间信号覆盖性可见；其中，α'表示任一可用导航卫星信号辐射张角；
根据所有满足β'>γ'且约束条件的任一目标A所对应的地心地固坐标，构建任一可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；
分别确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵。
8.根据权利要求1所述的基于导航卫星的外辐射源智能选星方法，其特征在于，根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星，包括：
确定雷达平台的地心地固坐标(x1,y1,z1)、可见星集合中的任一可用导航卫星A的地心地固坐标(x2′,y2′,z2′)，以及，从所述任一可用导航卫星A对应的目标可见位置矩阵中选择任一点N；其中，所述任一点N用于指示任一目标B，所述任一点N的地心地固坐标为(x3″,y3″,z3″)；
根据如下式(11)，计算雷达平台、任一可用导航卫星A和任一目标B之间的双站角η：
若η的大小满足设定散射增强区条件，则将所述任一可用导航卫星A确定为实际用星；
依次对各可用导航卫星进行筛选，确定所有实际用星。
9.一种基于导航卫星的外辐射源智能选星系统，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于根据雷达平台的位置和导航卫星的星历，以雷达平台与导航卫星之间的可见性为约束条件，确定任一时刻下的可用导航卫星，建立可见星集合；
构建模块，用于以雷达平台探测距离范围以及雷达平台与目标之间的几何位置可见性为约束条件，对目标位置进行约束，构建目标空间位置矩阵；
第二确定模块，用于根据所述目标空间位置矩阵，以目标与导航卫星之间的可见性为约束条件，遍历可见星集合中的各可用导航卫星，确定各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵；
选星模块，用于根据各可用导航卫星对应的目标可见位置矩阵，以散射增强区条件为约束，确定实际用星。
10.一种雷达平台，其特征在于，用于实现上述权利要求1-8任一项所述的方法。
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