CN112285645A - 一种基于高轨卫星观测平台的定位方法、存储介质及系统 - Google Patents

一种基于高轨卫星观测平台的定位方法、存储介质及系统 Download PDF

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CN112285645A CN202011556537.8A CN202011556537A CN112285645A CN 112285645 A CN112285645 A CN 112285645A CN 202011556537 A CN202011556537 A CN 202011556537A CN 112285645 A CN112285645 A CN 112285645A
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Abstract

本发明给出了一种基于高轨卫星观测平台的定位方法，包括：获取不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标；计算对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标的均值和最小横坐标以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值；获取不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值；构建对应时刻的多个迭代方程组；对多个迭代方程组分别进行迭代求解；对各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合；并将最小平均速度和最小加速度对应的拟合位置坐标为地面辐射源目标的最终位置。本发明还给出了一种存储介质和系统。本发明能够实现多个高轨卫星协同定位地面辐射源目标的位置，且定位精度高。

Description

一种基于高轨卫星观测平台的定位方法、存储介质及系统
技术领域
本发明属于电子对抗技术领域，具体涉及一种基于高轨卫星观测平台的定位方法、存储介质及系统。
背景技术
在军事行动中，对敌方目标进行精确打击以及对敌电子设备实施干扰都是基于对目标准确定位的前提下进行的，对敌方电子目标的高精度定位技术是电子对抗领域关键技术之一。其中，利用高轨电子侦察卫星对敌地面辐射源目标实现无源定位具有如下优势：一是覆盖范围广。高轨卫星时域覆盖大，多颗卫星几乎长时间全球覆盖，敌方辐射源一般难于采用关机或低辐射指向的方法对抗侦察。二是隐蔽性好。以超高空的高轨卫星装载无源定位系统对敌辐射源进行定位，具有明显优于低空侦察卫星、侦察飞机等其他装载平台定位系统的高隐蔽性。
目前，一般采用时差定位方法，其原理为：利用三个或三个以上位置已知的侦察系统来测定地面辐射源目标信号到达侦察系统的时间差，并基于这些时间差来构建双曲线，其中两个侦察系统所测定的时间差即可确定一个双曲线方程，再通过计算两组或多组双曲线的交点，即为地面辐射源目标位置坐标，由此实现对目标的定位。如设(x，y，0)为目标T的位置，S 0(x 0，y 0)、S 1(x 1，y 1)和S 2(x 2，y 2)分别为主观测站、副观测站1和副观测站2的位置，r 0、r 1和r 2分别为目标到主测向系统S 0、副测向系统S 1和副测向系统S 2的距离，距离差为Δr i ，i=1，2，则时差定位方程为：
Figure 495123DEST_PATH_IMAGE001
对上式整理化简得：
Figure 192820DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 817837DEST_PATH_IMAGE003
；
解上述方程组即可得到地面辐射源目标的位置。
在高轨卫星背景下，由于观测站（高轨侦察卫星）相距较远，即基线较长，当地面辐射源目标发射的信号重复频率较高时，采用现有的时差定位技术，测量的时差值会存在模糊，导致定位结果模糊。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种基于高轨卫星观测平台的定位方法，该定位方法能够实现多个高轨卫星协同定位地面辐射源目标的位置，且定位精度高。
本发明的目的之二，在于提供一种存储介质。
本发明的目的之三，在于提供一种基于高轨卫星观测平台的定位系统。
为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：
一种基于高轨卫星观测平台的定位方法，所述定位方法包括如下步骤：
步骤一、获取不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标；
步骤二、根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标，计算对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值；
步骤三、获取不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值；
步骤四、根据不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组；
步骤五、根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，对对应时刻的多个迭代方程组分别进行迭代求解，得到对应时刻地面辐射源目标的多个可能位置坐标；
步骤六、采用最小二乘方法，对各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，得到每个可能位置坐标对应的拟合位置坐标以及平均速度和加速度；并将最小平均速度和最小加速度对应的拟合位置坐标作为地面辐射源目标的最终位置。
进一步的，步骤二中，所述不同时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值分别为：
Figure 693520DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 630252DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，x0和y0分别为不同时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值；xmin、xmax、ymin和ymax分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最小横坐标、最大横坐标、最小纵坐标和最大纵坐标。
进一步的，步骤四中，所述不同时刻迭代方程组分别为：
Figure 351214DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 565158DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，fi(tk，x，y)为tk时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达第i个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数；Δti(tk)和hi(tk，x，y)分别为tk时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达第i个副星观测站的时差测量值和对应的时差真实值；ri(tk，x，y)和r0(tk，x，y)分别为tk时刻地面辐射源目标分别到第i个副星观测站和主星观测站之间的距离；(tk，x，y)为tk时刻地面辐射源目标的位置坐标；(xs0(tk)，ys0(tk)，zs0(tk))为tk时刻主星观测站的位置坐标；(xsi(tk)，ysi(tk)，zsi(tk))为tk时刻第i个副星观测站的位置坐标，k=0，1,2,…,M-1，i=1,2,…,N-1，M和N分别为时间点数和副星观测站数量；c为光速。
进一步的，步骤五中，所述迭代求解过程为：
步骤51、设置不同时刻地面辐射源目标位置的横坐标和纵坐标的初始估计值分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，即分别为x0和y0，迭代次数m的初始值为0；
步骤52、将对应时刻迭代方程组在x=x0和y=y0处作一阶泰勒级数展开后进行求解，得到对应时刻地面辐射源目标的二维坐标值（x，y）；并令m=m+1；
步骤53、当xδthreshold<x<xδmax，且yδthreshold<y<yδmax，m<Ithreshold时，则将（x，y）赋给（x0，y0），进入步骤52；当x<xδthreshold且y<yδthreshold或m=Ithreshold时，则（x，y）为对应时刻地面辐射源目标可能位置坐标，结束；当x≥xδmax或y≥yδmax时，则结束；
其中，Ithreshold为迭代次数阈值；xδthreshold和xδmax分别为地面辐射源目标的横坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值；yδthreshold和yδmax分别为地面辐射源目标的纵坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值。
进一步的，步骤六中，所述拟合的公式为：
Figure 861010DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 301350DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 216216DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，x0、vx和ax分别为地面辐射源目标在X坐标上的初始位置、速度和加速度；y0、vy和ay分别为地面辐射源目标在Y坐标上的初始位置、速度和加速度；X 和Y 分别为各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置的横坐标和纵坐标，X=[x(0), x(1),x(2),…,x(tk),…,x(M-1)]T，Y=[y(0), y(1),y(2),…,y(tk),…,y(M-1)]T，xtk =x0+vx(tk -t0)+ax(tk -t0)2/2；ytk=y0+vy(tk -t0)+ay(tk -t0)2/2，k=0，1,2,…,M-1，M为时间点数。
为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：
一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序指令；通过执行所述计算机程序指令，实现上述所述的定位方法。
为了达到上述目的之三，本发明采用如下技术方案实现：
一种基于高轨卫星观测平台的定位系统，所述定位系统包括上述所述的存储介质；或者，
一种基于高轨卫星观测平台的定位系统，所述定位系统包括：
观测站位置信息获取模块，用于获取不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标；
均值计算模块，用于根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标，计算对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值；
时差获取模块，用于获取不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值；
构建模块，用于根据不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组；
迭代求解模块，用于根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，对对应时刻的多个迭代方程组分别进行迭代求解，得到对应时刻地面辐射源目标的多个可能位置坐标；
拟合模块，用于采用最小二乘方法，对各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，得到每个可能位置坐标对应的拟合位置坐标以及平均速度和加速度；并将最小平均速度和最小加速度对应的拟合位置坐标作为地面辐射源目标的最终位置。
进一步的，所述迭代求解模块包括：
设置子模块，用于设置不同时刻地面辐射源目标位置的横坐标和纵坐标的初始估计值分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，即分别为x0和y0，迭代次数m的初始值为0；
泰勒级数展开子模块，用于将对应时刻迭代方程组在x=x0和y=y0处作一阶泰勒级数展开后进行求解，得到对应时刻地面辐射源目标的二维坐标值（x，y）；并令m=m+1；
迭代条件子模块，用于当xδthreshold<x<xδmax，且yδthreshold<y<yδmax，m<Ithreshold时，则将（x，y）赋给（x0，y0），进入步骤52；当x<xδthreshold且y<yδthreshold或m=Ithreshold时，则（x，y）为对应时刻地面辐射源目标可能位置坐标，结束；当x≥xδmax或y≥yδmax时，则结束；
其中，Ithreshold为迭代次数阈值；xδthreshold和xδmax分别为地面辐射源目标的横坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值；yδthreshold和yδmax分别为地面辐射源目标的纵坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值。
进一步的，所述拟合的公式为：
Figure 674879DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 892365DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 272531DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，x0、vx和ax分别为地面辐射源目标在X坐标上的初始位置、速度和加速度；y0、vy和ay分别为地面辐射源目标在Y坐标上的初始位置、速度和加速度；X 和Y 分别为各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置的横坐标和纵坐标，X=[x(0), x(1),x(2),…,x(tk),…,x(M-1)]T，Y=[y(0), y(1),y(2),…,y(tk),…,y(M-1)]T，xtk =x0+vx(tk -t0)+ax(tk -t0)2/2；ytk=y0+vy(tk -t0)+ay(tk -t0)2/2，k=0，1,2,…,M-1，M为时间点数。
本发明的有益效果：
本发明通过不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组，并进行迭代求解，得到地面辐射源目标的多个可能位置坐标；并对地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，从而得到地面辐射源目标的真实位置，实现了多个高轨卫星协同对地面辐射源目标进行定位，定位精度高，解决了高轨卫星在运动过程中对地面固定或运动缓慢的地面辐射源目标进行无模糊定位的技术问题。
附图说明
图1为本发明的基于高轨卫星观测平台的定位方法流程示意图；
图2为两颗观测卫星对地面辐射源目标观测示意图；
图3为高轨卫星场景示意图；
图4为20次观测条件下迭代得到的时差模糊情况下的定位结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
本实施例给出了一种基于高轨卫星观测平台的定位方法，参考图1，该定位方法包括如下步骤：
S1、获取不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标。
通过高轨卫星的运动轨迹，在保证能够实现对地面辐射源目标共视的情况下，确定用于解模糊定位的观测卫星数量为N，其中一颗高轨卫星为主星观测站，其余N-1颗副星观测站，参考图2。其中，(xs0(tk)，ys0(tk)，zs0(tk))为tk时刻主星观测站的位置坐标；(xsi(tk)，ysi(tk)，zsi(tk))为tk时刻第i个副星观测站的位置坐标，k=0，1,2,…,M-1，i=1,2,…,N-1，M和N分别为时间点数和副星观测站数量。
S2、根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标，计算对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值。
从不同时刻主星观测站和以及各个副星观测站的位置坐标中选择出最大横坐标和最小横坐标以及最大纵坐标和最小纵坐标后，计算出最大横坐标xmax和最小横坐标xmin的均值，以及最大纵坐标ymax和最小纵坐标ymin的均值，用于分别作为对应时刻地面辐射源目标的横坐标和纵坐标的初始估计值。
本实施例中，不同时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值分别为：
Figure 256668DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 49131DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，x0和y0分别为不同时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值；xmin、xmax、ymin和ymax分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最小横坐标、最大横坐标、最小纵坐标和最大纵坐标。
S3、获取不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值Δti(tk)。
S4、根据不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组。
本实施例的时差真实值hi(tk，x，y)可采用时差定位方程得到，则不同时刻迭代方程组分别为：
Figure 952365DEST_PATH_IMAGE006
； （1）
Figure 836139DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，fi(tk，x，y)为tk时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达第i个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数；Δti(tk)和hi(tk，x，y)分别为tk时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达第i个副星观测站的时差测量值和对应的时差真实值；ri(tk，x，y)和r0(tk，x，y)分别为tk时刻地面辐射源目标分别到第i个副星观测站和主星观测站之间的距离；(tk，x，y)为tk时刻地面辐射源目标的位置坐标；(xs0(tk)，ys0(tk)，zs0(tk))为tk时刻主星观测站的位置坐标；(xsi(tk)，ysi(tk)，zsi(tk))为tk时刻第i个副星观测站的位置坐标，k=0，1,2,…,M-1，i=1,2,…,N-1，M和N分别为时间点数和副星观测站数量；c为光速。
S5、根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，对对应时刻的多个迭代方程组分别进行迭代求解，得到对应时刻地面辐射源目标的多个可能位置坐标。
根据实际情况选取两个副站，与主站组合，即可得到地面辐射源目标的二维坐标值。本实施例的迭代求解过程为：
S51、设置不同时刻地面辐射源目标位置的横坐标和纵坐标的初始估计值分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，即分别为x0和y0，迭代次数m的初始值为0；
S52、将对应时刻迭代方程组在x=x0和y=y0处作一阶泰勒级数展开后进行求解，得到对应时刻地面辐射源目标的二维坐标值（x，y）；并令m=m+1；
步骤53、当xδthreshold<x<xδmax，且yδthreshold<y<yδmax，m<Ithreshold时，则将（x，y）赋给（x0，y0），进入步骤52；当x<xδthreshold且y<yδthreshold或m=Ithreshold时，则（x，y）为对应时刻地面辐射源目标可能位置坐标，结束；当x≥xδmax或y≥yδmax时，则结束；
其中，Ithreshold为迭代次数阈值；xδthreshold和xδmax分别为地面辐射源目标的横坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值；yδthreshold和yδmax分别为地面辐射源目标的纵坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值。
S6、采用最小二乘方法，对各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，得到每个可能位置坐标对应的拟合位置坐标以及平均速度和加速度；并将最小平均速度和最小加速度（即平均速度和加速度均为最小时）对应的拟合位置坐标作为地面辐射源目标的最终位置。
利用运动状态分析法求得地面辐射源目标分别在X、Y坐标上的初始位置、速度和加速度。在不同时刻，迭代求得的辐射源可能位置坐标值为xtk和ytk，采用如下拟合的公式：
Figure 92808DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 260484DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 819772DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，x0、vx和ax分别为地面辐射源目标在X坐标上的初始位置、速度和加速度；y0、vy和ay分别为地面辐射源目标在Y坐标上的初始位置、速度和加速度；X 和Y 分别为各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置的横坐标和纵坐标，X=[x(0), x(1),x(2),…,x(tk),…,x(M-1)]T，Y=[y(0), y(1),y(2),…,y(tk),…,y(M-1)]T，xtk =x0+vx(tk -t0)+ax(tk -t0)2/2；ytk=y0+vy(tk -t0)+ay(tk -t0)2/2，k=0，1,2,…,M-1，M为时间点数。
平均速度
Figure 705689DEST_PATH_IMAGE011
和加速度
Figure 500469DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 538963DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 518421DEST_PATH_IMAGE014
。根据平均速度和加速度的值，判定变化量最小的一组为真实目标运动状态参数，并得到目标真实坐标。
下面以三个高轨卫星对地面固定目标定位为例：
三个高轨卫星等边三角形布设，间距为400km，与地球表面的间距为20000km，布设场景如图3所示。卫星星座每运行20秒钟进行一次时差测量，共运行了400秒，进行了20次时差测量。地面目标发射的信号为高重频雷达信号，其重复周期为20
Figure 376787DEST_PATH_IMAGE015
。
对多次观测的时差值进行迭代运算，将迭代得到的地面辐射源目标可能位置坐标投射到同一坐标系中，可以得到多次定位结果的叠加统计结果，参考图4，从图4中可以看到，此时是存在定位模糊的，辐射源目标分布在7块可能的位置区域。
利用运动状态分析法求取目标初始位置、平均速度和加速度。
根据最小二乘拟合，对每一块的定位结果进行拟合，求得7个位置解和对应的目标平均速度和加速度值如下表所示。
表1 位置解的目标运动状态分析结果
Figure 975258DEST_PATH_IMAGE016
由于地面固定或运动较为缓慢的辐射源目标其平均速度和加速度应趋近于0，因此根据表1判定序号4为真实目标位置。
本实施例通过不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组，并进行迭代求解，得到地面辐射源目标的多个可能位置坐标；并对地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，从而得到地面辐射源目标的真实位置，实现了多个高轨卫星协同对地面辐射源目标进行定位，定位精度高，解决了高轨卫星在运动过程中对地面固定或运动缓慢的地面辐射源目标进行无模糊定位的技术问题。
另一实施例给出了一种存储介质，该存储介质存储有计算机程序指令；通过执行所述计算机程序指令，实现上述实施例给出的定位方法。
又一实施例给出了一种基于高轨卫星观测平台的定位系统，该定位系统包括上述实施例给出的存储介质。
再一实施例给出了一种基于高轨卫星观测平台的定位系统，该定位系统包括：
观测站位置信息获取模块，用于获取不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标；
均值计算模块，用于根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标，计算对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标的均值和最小横坐标以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值；
时差获取模块，用于获取不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值；
构建模块，用于根据不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组；
迭代求解模块，用于根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，对对应时刻的多个迭代方程组分别进行迭代求解，得到对应时刻地面辐射源目标的多个可能位置坐标。迭代求解模块包括：
设置子模块，用于设置不同时刻地面辐射源目标位置的横坐标和纵坐标的初始估计值分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，即分别为x0和y0，迭代次数m的初始值为0；
泰勒级数展开子模块，用于将对应时刻迭代方程组在x=x0和y=y0处作一阶泰勒级数展开后进行求解，得到对应时刻地面辐射源目标的二维坐标值（x，y）；并令m=m+1；
迭代条件子模块，用于当xδthreshold<x<xδmax，且yδthreshold<y<yδmax，m<Ithreshold时，则将（x，y）赋给（x0，y0），进入步骤52；当x<xδthreshold且y<yδthreshold或m=Ithreshold时，则（x，y）为对应时刻地面辐射源目标可能位置坐标，结束；当x≥xδmax或y≥yδmax时，则结束；
其中，Ithreshold为迭代次数阈值；xδthreshold和xδmax分别为地面辐射源目标的横坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值；yδthreshold和yδmax分别为地面辐射源目标的纵坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值。
拟合模块，用于采用最小二乘方法，对各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，得到每个可能位置坐标对应的拟合位置坐标以及平均速度和加速度；并将最小平均速度和最小加速度对应的拟合位置坐标作为地面辐射源目标的最终位置。拟合的公式为：
Figure 117526DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 284197DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 613547DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，x0、vx和ax分别为地面辐射源目标在X坐标上的初始位置、速度和加速度；y0、vy和ay分别为地面辐射源目标在Y坐标上的初始位置、速度和加速度；X 和Y 分别为各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置的横坐标和纵坐标，X=[x(0), x(1),x(2),…,x(tk),…,x(M-1)]T，Y=[y(0), y(1),y(2),…,y(tk),…,y(M-1)]T，xtk =x0+vx(tk -t0)+ax(tk -t0)2/2；ytk=y0+vy(tk -t0)+ay(tk -t0)2/2，k=0，1,2,…,M-1，M为时间点数。
需要说明的是，本实施例给出的定位系统可采用上述实施例给出的定位方法实现定位，上述实施例给出的定位方法可采用本实施例给出的定位系统实现，所涉及的专利术语、公式以及参数定义均相同，这里不再一一赘述。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于高轨卫星观测平台的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括如下步骤：
步骤一、获取不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标；
步骤二、根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标，计算对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值；
步骤三、获取不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值；
步骤四、根据不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组；
步骤五、根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，对对应时刻的多个迭代方程组分别进行迭代求解，得到对应时刻地面辐射源目标的多个可能位置坐标；
步骤六、采用最小二乘方法，对各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，得到每个可能位置坐标对应的拟合位置坐标以及平均速度和加速度；并将最小平均速度和最小加速度对应的拟合位置坐标作为地面辐射源目标的最终位置。
2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤二中，所述不同时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值分别为：
Figure 398695DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 349290DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，x 0和y 0分别为不同时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标之间的均值；x min、x max、y min和y max分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最小横坐标、最大横坐标、最小纵坐标和最大纵坐标。
3.根据权利要求1或2所述的定位方法，其特征在于，步骤四中，所述不同时刻迭代方程组分别为：
Figure 43708DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 868445DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，f i (t k ，x，y)为t k 时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达第i个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数；Δt i (t k )和h i (t k ，x，y)分别为t k 时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达第i个副星观测站的时差测量值和对应的时差真实值；r i (t k ，x，y)和r 0 (t k ，x，y)分别为t k 时刻地面辐射源目标分别到第i个副星观测站和主星观测站之间的距离；(t k ，x，y)为t k 时刻地面辐射源目标的位置坐标；(x s0(t k )，y s0(t k )，z s0(t k ))为t k 时刻主星观测站的位置坐标；(x si (t k )，y si (t k )，z si (t k ))为t k 时刻第i个副星观测站的位置坐标，k=0，1,2,…,M-1，i=1,2,…,N-1，M和N分别为时间点数和副星观测站数量；c为光速。
4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，步骤五中，所述迭代求解过程为：
步骤51、设置不同时刻地面辐射源目标位置的横坐标和纵坐标的初始估计值分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，即分别为x 0和y 0，迭代次数m的初始值为0；
步骤52、将对应时刻迭代方程组在x=x 0和y=y 0处作一阶泰勒级数展开后进行求解，得到对应时刻地面辐射源目标的二维坐标值（x，y）；并令m=m+1；
步骤53、当x δthreshold <x<x δmax ，且y δthreshold <y<y δmax ，m<I threshold 时，则将（x，y）赋给（x 0，y 0），进入步骤52；当x<x δthreshold 且y<y δthreshold 或m=I threshold 时，则（x，y）为对应时刻地面辐射源目标可能位置坐标，结束；当x≥x δmax 或y≥y δmax 时，则结束；
其中，I threshold 为迭代次数阈值；x δthreshold 和x δmax 分别为地面辐射源目标的横坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值；y δthreshold 和y δmax 分别为地面辐射源目标的纵坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值。
5.根据权利要求1或2所述的定位方法，其特征在于，步骤六中，所述拟合的公式为：
Figure 128656DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 911804DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 624676DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，x 0、v x 和a x 分别为地面辐射源目标在X坐标上的初始位置、速度和加速度；y 0、v y 和a y 分别为地面辐射源目标在Y坐标上的初始位置、速度和加速度；X和Y分别为各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置的横坐标和纵坐标，X=[x(0), x(1),x(2),…,x(t k ),…,x(M-1)] T ，Y=[y(0), y(1),y(2),…,y(t k ),…,y(M-1)] T ，x tk =x 0+v x (t k -t 0)+a x (t k -t 0)2/2；y tk =y 0+v y (t k -t 0)+a y (t k -t 0)2/2，k=0，1,2,…,M-1，M为时间点数。
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序指令；通过执行所述计算机程序指令，实现权利要求1~5中任意一项所述的定位方法。
7.一种基于高轨卫星观测平台的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括权利要求6所述的存储介质。
8.一种基于高轨卫星观测平台的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：
观测站位置信息获取模块，用于获取不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标；
均值计算模块，用于根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的位置坐标，计算对应时刻主星观测站和各个副星观测站中最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值；
时差获取模块，用于获取不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值；
构建模块，用于根据不同时刻地面辐射源目标发射的脉冲信号到达主星观测站与到达各个副星观测站的时差测量值以及对应的时差真实值之间的差值函数，构建对应时刻的多个迭代方程组；
迭代求解模块，用于根据不同时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，对对应时刻的多个迭代方程组分别进行迭代求解，得到对应时刻地面辐射源目标的多个可能位置坐标；
拟合模块，用于采用最小二乘方法，对各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置坐标进行拟合，得到每个可能位置坐标对应的拟合位置坐标以及平均速度和加速度；并将最小平均速度和最小加速度对应的拟合位置坐标作为地面辐射源目标的最终位置。
9.根据权利要求8所述的定位系统，其特征在于，所述迭代求解模块包括：
设置子模块，用于设置不同时刻地面辐射源目标位置的横坐标和纵坐标的初始估计值分别为对应时刻主星观测站和各个副星观测站的最大横坐标和最小横坐标的均值以及最大纵坐标和最小纵坐标的均值，即分别为x 0和y 0，迭代次数m的初始值为0；
泰勒级数展开子模块，用于将对应时刻迭代方程组在x=x 0和y=y 0处作一阶泰勒级数展开后进行求解，得到对应时刻地面辐射源目标的二维坐标值（x，y）；并令m=m+1；
迭代条件子模块，用于当x δthreshold <x<x δmax ，且y δthreshold <y<y δmax ，m<I threshold 时，则将（x，y）赋给（x 0，y 0），进入步骤52；当x<x δthreshold 且y<y δthreshold 或m=I threshold 时，则（x，y）为对应时刻地面辐射源目标可能位置坐标，结束；当x≥x δmax 或y≥y δmax 时，则结束；
其中，I threshold 为迭代次数阈值；x δthreshold 和x δmax 分别为地面辐射源目标的横坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值；y δthreshold 和y δmax 分别为地面辐射源目标的纵坐标的相邻迭代最小差值和最大迭代值。
10.根据权利要求8或9所述的定位系统，其特征在于，所述拟合的公式为：
Figure 394049DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 758034DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 462816DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，x 0、v x 和a x 分别为地面辐射源目标在X坐标上的初始位置、速度和加速度；y 0、v y 和a y 分别为地面辐射源目标在Y坐标上的初始位置、速度和加速度；X和Y分别为各个时刻地面辐射源目标的每个可能位置的横坐标和纵坐标，X=[x(0), x(1),x(2),…,x(t k ),…,x(M-1)] T ，Y=[y(0), y(1),y(2),…,y(t k ),…,y(M-1)] T ，x tk =x 0+v x (t k -t 0)+a x (t k -t 0)2/2；y tk =y 0+v y (t k -t 0)+a y (t k -t 0)2/2，k=0，1,2,…,M-1，M为时间点数。
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