CN114047534A - 一种定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种定位系统和方法。其中，系统包括：目标轨道卫星，用于接收待定位辐射源的上行主瓣信号并对上行主瓣信号进行第一中继转发处理，以向信号处理平台发送卫星转发信号；平流层通信设备，用于接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并对上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，以向信号处理平台发送平流层转发信号；信号处理平台，用于获取卫星转发信号和平流层转发信号，并根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数。本发明实施例可以实现长期、稳定地对同一区域进行监控和侦察，并对区域中的侦察对象进行定位，提升定位效率和准确性。

Description

一种定位系统和方法

技术领域

本发明实施例涉及定位技术领域，尤其涉及一种定位系统和方法。

背景技术

在现有的目标侦察、定位技术中，主要包括基于空间平台的定位技术、基于空中平台的定位技术和基于地面平台的定位技术。

其中，基于空间平台的技术中，利用同步卫星可以实现对区域或点目标的连续不间断侦察监视，但同步轨道卫星距离目标太远导致接收信号较弱，在目标定位方面效果不理想；低轨卫星可适用于信号侦察，但对于区域监视，其每次过境的时间长度不超过15分钟，需要一天或数天的时间周期才能实现“重访”，不具备长期稳定监视重点区域重点目标的能力。

基于空中平台的技术中，有人机和无人机侦察的灵活性、机动性和快速响应能力较好，但对于侦察有效载荷的形状、体积和重量都有较大限制；此外，载人侦察机的持续作业时间一般不超过10小时，高空长航时无人机的连续工作时间一般不超过40小时，在持续性侦察方面也存在不足。

基于地面平台的技术侦察处理能力强，设备功能稳定，性能指标优越，能够处理复杂电磁环境信号；然而，其在处理地面目标时，由于受安装位置、地球曲率、遮挡物和电磁环境影响，作用距离受限；在处理海面目标时，信号散射现象明显，信号接收质量差，严重影响信号检测和目标提取，导致卫星与地面平台联合定位的共视范围小，不足以完成区域目标监视。

发明内容

本发明实施例提供一种定位系统和方法，以实现长期、稳定地对同一区域进行监控和侦察，并对区域中的侦察对象进行定位，提升定位效率和准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种定位系统，包括：目标轨道卫星、平流层通信设备和信号处理平台；所述信号处理平台分别与所述目标轨道卫星、所述平流层通信设备无线通信连接；其中：

所述目标轨道卫星，用于接收待定位辐射源的上行主瓣信号并对所述上行主瓣信号进行第一中继转发处理，以向所述信号处理平台发送卫星转发信号；

所述平流层通信设备，用于接收所述待定位辐射源的上行旁瓣信号并对所述上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，以向所述信号处理平台发送平流层转发信号；

所述信号处理平台，用于获取所述卫星转发信号和所述平流层转发信号，并根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种定位方法，应用于定位系统，包括：

通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并对所述上行主瓣信号进行第一中继转发处理，以向信号处理平台发送卫星转发信号；

通过平流层通信设备接收所述待定位辐射源的上行旁瓣信号并对所述上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，以向所述信号处理平台发送平流层转发信号；

通过所述信号处理平台获取所述卫星转发信号和所述平流层转发信号，并根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数。

本发明实施例通过在定位系统部署目标轨道卫星、平流层通信设备和信号处理平台，通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并进行中继转发，生成卫星转发信号并发送至信号处理平台，同时通过平流层通信设备接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并进行中继转发，生成平流层转发信号并发送至信号处理平台，以使信号处理平台获取卫星转发信号和平流层转发信号，并根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数，完成对待定位辐射源的定位，实现平流层通信设备在长期稳定的监控区域中近距离接收待定位对象的弱信号，避免了现有技术可检测范围不稳定且检测距离远、信号弱的问题，实现长期、稳定地对同一区域进行监控和侦察，并对区域中的侦察对象进行定位，提升定位效率和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种定位系统的结构示意图。

图2为本发明实施例二提供的一种互模糊函数的示意图。

图3为本发明实施例二提供的一种定位系统的结构示意图。

图4为本发明实施例二提供的一种定位系统的信号传输示意图。

图5为本发明实施例三提供的一种定位系统的结构示意图。

图6为本发明实施例三提供的又一种定位系统的结构示意图。

图7为本发明实施例三提供的一种定位系统的信号传输示意图。

图8为本发明实施例三提供的一种仿真定位结果的示意图。

图9为本发明实施例三提供的又一种仿真定位结果的示意图。

图10为本发明实施例四提供的一种定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种定位系统的结构示意图，本实施例可适用于对辐射源进行定位的情况，该系统可以由软件和/或硬件的方式来实现，并一般可集成在计算机设备中。相应的，如图1所示，该系统包括：目标轨道卫星110、平流层通信设备120和信号处理平台130。

其中，信号处理平台130分别与目标轨道卫星110、平流层通信设备120无线通信连接。

相应的，目标轨道卫星110，用于接收待定位辐射源的上行主瓣信号并对上行主瓣信号进行第一中继转发处理，以向信号处理平台130发送卫星转发信号。

其中，待定位辐射源可以是需要定位的对象，可以向外发送信号。上行主瓣信号可以是待定位辐射源向目标轨道卫星110发射的信号的主瓣部分。第一中继转发处理可以是目标轨道卫星110对接收到的信号进行模拟转发过程中的操作。卫星转发信号可以是目标轨道卫星110对上行主瓣信号进行模拟转发所发射的信号。

具体的，待定位辐射源可以向外发射用于发送至目标轨道卫星110的上行信号，其主瓣部分可以被目标轨道卫星110捕获接收。目标轨道卫星110在接收到上行主瓣信号后，可以对其进行第一中继转发处理，以生成卫星转发信号并向外发射，以将卫星转发信号发送至信号处理平台130。

可选的，系统中可以包括目标轨道卫星110的卫星信号接收平台，用于接收卫星转发信号，该卫星信号接收平台可以集成在信号处理平台130中，以使信号处理平台130通过该卫星信号接收平台接收卫星转发信号；也可以独立于信号处理平台130，并在接收到卫星转发信号后将卫星转发信号发送至信号处理平台130，以使信号处理平台130获取该卫星转发信号。

相应的，平流层通信设备120，用于接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并对上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，以向信号处理平台130发送平流层转发信号。

其中，上行旁瓣信号可以是待定位辐射源向目标轨道卫星110发射的信号的旁瓣部分。第二中继转发处理可以是平流层通信设备120对接收到的信号进行模拟转发过程中的操作。平流层转发信号可以是平流层通信设备120对上行旁瓣信号进行模拟转发所发射的信号。

具体的，待定位辐射源可以向目标轨道卫星110发送上行信号，其主瓣部分可以被目标轨道卫星110捕获接收，而其旁瓣部分则可以被平流层通信设备120捕获接收。平流层通信设备120在接收到上行旁瓣信号后，可以对其进行第二中继转发处理，以生成平流层转发信号并向外发射，以将平流层转发信号发送至信号处理平台130。

可选的，平流层通信设备120可以是配置有通信设备的平流层飞艇，则其可以稳定部署于平流层中并通过配置的通信设备进行上述通信。

可选的，系统中可以包括平流层通信设备120的平流层设备信号接收平台，用于接收平流层转发信号，该平流层设备信号接收平台可以集成在信号处理平台130中，以使信号处理平台130通过该平流层设备信号接收平台接收平流层转发信号；也可以独立于信号处理平台130，并在接收到平流层转发信号后将平流层转发信号发送至信号处理平台130，以使信号处理平台130获取该平流层转发信号。

在本发明的一个可选实施例中，目标轨道卫星110可以部署于地球同步轨道的目标信号区域，平流层通信设备120可以与目标轨道卫星110具有固定共视区域。

其中，地球同步轨道可以是卫星与地球上任意位置的相对位置保持不变地运行时所在的轨道。目标信号区域可以是地球同步轨道上可以接收到待定位辐射源的发射信号的区域。共视区域可以是平流层通信设备120与目标轨道卫星110均可以检测到其中的辐射源发射的信号的区域，固定共视区域即为长期不变的共视区域。

相应的，目标轨道卫星110部署于地球同步轨道上，则其可以是地球的同步卫星，则其部署于地球同步轨道的目标信号区域，可以与待定位辐射源的相对位置保持不变，即可以在相对于待定位辐射源固定的位置接收其发送的上行主瓣信号。同时，平流层通信设备120由于可以稳定部署，则可以将其稳定部署于平流层中，以使其与目标轨道卫星110具有固定共视区域，以长期、稳定地接收待定位辐射源的上行旁瓣信号。

上述实施方式可以解决波束共视时间短问题，平流层通信设备，例如平流层飞艇，可以稳定停留在目标区域上空，提供稳定的区域共视范围，提供反复工程试验的平台，实现长期稳定监控重点区域。

在本发明的一个可选实施例中，平流层通信设备120可以包括：至少一个天线。

其中，至少一个天线可以共同覆盖目标信号频段，且至少一个天线中包括全部目标极化类型天线，用于接收上行旁瓣信号以及发射平流层转发信号。

具体的，目标信号频段可以包括待定位辐射源所发射的上行信号全部可能的频率。目标极化类型天线可以是支持待定位辐射源所发射的上行信号可能的信号极化方式的天线。

相应的，平流层通信设备120中可以包括至少一个天线，天线可以用于完成信号的接收和发射，具体的，可以用于接收上行旁瓣信号，以使平流层通信设备120可以对上行旁瓣信号进行模拟转发，生成平流层转发信号；还可以用于发射生成的平流层转发信号，以将平流层转发信号发送至信号处理平台130。

进一步的，平流层通信设备120中的天线可以覆盖目标信号频段，则可以实现对待定位辐射源发射的任意频率的上行旁瓣信号进行接收，以及根据信号处理平台130的接收频段，对任意频率的平流层转发信号进行发射。平流层通信设备120中的天线包括全部目标极化类型天线，则可以实现对待定位辐射源发射的任意极化方式的上行旁瓣信号进行接收，以及根据信号处理平台130的接收信号极化类型，对任意极化方式的平流层转发信号进行发射。

可选的，天线频段可以包括：UHF频段、L频段、S频段、C频段、X频段、Ku频段和Ka频段；天线支持的信号极化方式可以包括：水平极化、垂直极化、圆极化、椭圆极化、左旋极化和右旋极化。

上述实施方式可以解决现有技术中基于卫星和邻星的定位方法中，邻星可能只包含部分频段和部分极化方式，应用场景受限的技术问题，而平流层通信设备承重能力强，可以搭载各个频段的设备，满足通用需求。

在本发明的一个可选实施例中，平流层通信设备120，还可以包括：变频器和中频预处理模块。

其中，变频器用于对上行旁瓣信号进行目标下变频处理，得到目标处理频段的待处理信号；对目标处理信号进行目标上变频处理，得到目标发射频段的所述平流层转发信号。

具体的，目标下变频处理可以是将上行旁瓣信号从原有频率变换到目标处理频段的操作。目标处理频段可以是平流层通信设备120进行信号处理需要信号所处的频段。待处理信号可以是可以由平流层通信设备120进行信号处理的信号。目标处理信号可以是待处理信号经过平流层通信设备120的信号处理得到的具有目标处理频率的信号。目标上变频处理可以是将目标处理信号从目标处理频率变换到目标发射频段的操作。目标发射频段可以是平流层转发信号所需要的频段，可以根据信号处理平台130的接收频段确定。

相应的，变频器可以在平流层通信设备120完成对信号的上下变频。具体的，可以对上行旁瓣信号进行目标下变频处理，得到目标处理频段的待处理信号，可选的，在目标下变频处理时，可以通过两级或多级变频将信号由UHF频段、L频段、S频段、C频段、X频段、Ku频段或Ka频段变到中频70MHz，便于后续信号处理。具体的，还可以对目标处理信号进行目标上变频处理，得到目标发射频段的所述平流层转发信号，可选的，在目标上变频处理时，可以通过两级或多级变频将信号由中频70MHz变到UHF频段、L频段、S频段、C频段、X频段、Ku频段或Ka频段，以通过天线发射信号。

相应的，中频预处理模块用于对目标处理频段的待处理信号进行滤波放大处理，生成目标处理信号。

具体的，滤波放大处理可以是对信号进行滤波和放大的操作，可以滤除带外杂散和干扰，保留并放大需要的目标处理信号。可选的，中频预处理模块的滤波带宽可以包括1MHz、5MHz、10MHz、20MHz和36MHz。

在本发明的一个可选实施例中，平流层通信设备120，还可以包括：中频采集存储回放模块和时统模块。

其中，中频采集存储回放模块用于对目标处理信号进行信号采集处理、数据存储处理和信号回放处理。

具体的，信号采集处理可以是通过采集将模拟信号转换为数字信号的数据的操作。数据存储处理可以是对数字信号数据进行存储的操作。信号回放可以是根据采集到的数字信号数据回放原始信号或部分信号的操作。

相应的，中频采集存储回放模块进行信号采集，可以通过模块上的ADC(Analog toDigital Converter，模数转换器)将模拟信号转换为数字信号，对数字信号进行预处理以进行存储。中频采集存储回放模块进行数据存储时，多块磁盘可以通过RAID5(RedundantArray of Inexpensive Disks 5，分布式奇偶校验的独立磁盘结构5)方式组成盘阵，提高落盘速度，保证数据正确落盘。中频采集存储回放模块进行信号回放时，可以回放采集的原始数据，也可以回放用户自定义的目标数据，方便联试联调，增加系统灵活性。

相应的，时统模块用于根据信号处理平台130的时间基准数据和频率基准数据，生成目标时钟和目标频率参考，以使变频器、中频预处理模块和中频采集存储回放模块获取时间基准数据和频率基准数据。

其中，时间基准数据可以是信号处理平台130所采用的时间基准。频率基准数据可以是信号处理平台130所采用的频率基准。目标时钟可以是以时间基准数据作为基准生成的时钟信号。目标频率参考可以是根据频率基准数据确定的频率。

具体的，时统模块可以完成时间和频率同步，使平流层通信设备120和信号处理平台130处于同一种时间和频率基准条件下，同步开展工作。可选的，时统模块的输入为GPS/BDS(Global Positioning System/Beidou navigation satellite，全球定位系统/北斗导航卫星)的时间信息，输出为1PPS，10MHz外参考，100MHz外时钟，使变频器、中频预处理模块和中频采集存储回放模块同步协同工作。

在本发明的一个可选实施例中，平流层通信设备120，还可以包括：综合处理模块。

其中，综合处理模块可以用于完成运维运控、参数设置、定位结果展示、模拟目标信号生成等功能。

相应的，信号处理平台130，用于获取卫星转发信号和平流层转发信号，并根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数。

其中，定位参数可以是描述待定位辐射源所在位置的参数。

具体的，信号处理平台130可以基于其与目标轨道卫星110和平流层通信设备120的无线通信获取卫星转发信号和平流层转发信号。可选的，信号处理平台130可以是通过其中集成的相应信号接收平台，直接接收目标轨道卫星110发射的卫星转发信号和平流层通信设备120发射的平流层转发信号；也可以是相应的信号接收平台在接收到卫星转发信号和平流层转发信号后转发至信号处理平台130，从而信号处理平台130获取卫星转发信号和平流层转发信号。

进一步的，信号处理平台130可以根据获取到卫星转发信号和平流层转发信号，确定卫星转发信号和平流层转发信号分别从目标轨道卫星110和平流层通信设备120发出后，直至到达信号处理平台130之前，二者所传播的路径之间的长度差值，从而根据该路径长度差值以及已知的目标轨道卫星110和平流层通信设备120的位置，确定出待定位辐射源的定位参数。

本发明实施例提供了一种定位系统，通过在定位系统部署目标轨道卫星、平流层通信设备和信号处理平台，通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并进行中继转发，生成卫星转发信号并发送至信号处理平台，同时通过平流层通信设备接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并进行中继转发，生成平流层转发信号并发送至信号处理平台，以使信号处理平台获取卫星转发信号和平流层转发信号，并根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数，完成对待定位辐射源的定位，实现平流层通信设备在长期稳定的监控区域中近距离接收待定位对象的弱信号，避免了现有技术可检测范围不稳定且检测距离远、信号弱的问题，实现长期、稳定地对同一区域进行监控和侦察，并对区域中的侦察对象进行定位，提升定位效率和准确性。

实施例二

在上述实施例的基础上，本发明实施例二对平流层通信设备的数量进行具体化，将平流层通信设备的数量进一步细化为第一数量，并给出了根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数的具体可选的实现方式。

在本发明的一个可选实施例中，第一数量可以是大于或等于一个的任意数量。如图1所示，以第一数量是一个为例，提供了一种定位系统。结合参考图1，在平流层通信设备120的数量为至少一个的情况下，各平流层通信设备120分别接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并进行第二中继转发处理，并向信号处理平台130发送平流层转发信号，则信号处理平台130获取到的平流层转发信号的数量可以与第一数量相同，为至少一束。

相应的，根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数，可以包括：获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的信号差值参数，得到第一设定数量的时差参数和第一设定数量的频差参数；分别根据时差参数和频差参数，生成时差定位方程和频差定位方程；根据时差定位方程、频差定位方程和地球面方程进行求解处理，得到待定位辐射源的定位参数。

其中，信号差值参数可以是信号之间任意参数的差值。时差参数可以是信号之间的传播路径不同所形成的传播时间的差值，例如可以是DTO(Differential Time Offset，时差)。频差参数可以是信号之间发生不同程度的多普勒频移所形成的频差，例如可以是DFO(Differential Frequency Offset，频差)。第一设定数量可以是大于或等于一个的任意数量。时差定位方程可以是以时差参数表示信号的传播路径差值所构建的方程。频差定位方程可以是以频差参数表示信号的传播路径差值所构成的方程。地球面方程可以是将地球近似为半径一定的球体，以位置坐标表示与地心距离所构成的方程。

具体的，待定位辐射源的定位参数需要至少从空间中的三个维度对待定位辐射源的位置进行描述，以确定待定位辐射源的位置。因此，需要至少三个方程可以唯一确定定位参数。在平流层转发信号的数量为至少一束的情况下，至少一束平流层转发信号与卫星转发信号之间的传播路径的差值为至少一个，则可以分别根据至少一束平流层转发信号与卫星转发信号之间的时差参数和频差参数，分别表示其传播路径的差值，则可以得到至少两个方程，再结合地球面方程，即可得到三个方程构成的方程组，对该方程组求解，即可得到待定位辐射源的定位参数。

在本发明的一个可选实施例中，获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的信号差值参数，可以包括：生成卫星转发信号和平流层转发信号的互模糊函数；根据互模糊函数进行参数估计处理，得到信号差值参数。

其中，CAF(Complex Ambiguity Function，互模糊函数)可以是对卫星转发信号和平流层转发信号进行时差和频差的二维相关的函数。参数估计处理可以是根据互模糊函数获取时差参数和频差参数的操作。

具体的，设定信号处理平台130接收到的两信号分别为x(t)和y(t)，包括发射的信号s(t)和加性高斯噪声n₁(t)和n₂(t)，则接收信号可以有如下表达式：

其中，r为相对衰减系数，D₀为相对时延，f_d为相对多普勒频移，ω_c为信号的载波频率，

和

分别为两束信号的相位。进一步的，两信号的互模糊函数可以有如下表达式：

其中，T为相关积累时间。当式中τ＝D₀且f＝f_d时，互模糊函数的模值最大，从而可以将其确定为参数估计处理，得到时差参数和频差参数。示例性的，图2为本发明实施例二提供的一种互模糊函数的示意图。如图2所示，等效信噪比为-20dB，在相关积累时间T足够长的情况下，互模糊函数的峰值远大于杂波和噪声，峰值在时间坐标和频率坐标上对应的数值即为参数估计得到的时差参数和频差参数。

在本发明的一个可选实施例中，图3为本发明实施例二提供的一种定位系统的结构示意图，如图3所述，定位系统还可以包括：参考辐射源140。

其中，参考辐射源140用于分别向目标轨道卫星110和平流层通信设备120发射上行参考信号。目标轨道卫星110，还用于接收上行参考信号并对上行参考信号进行第一中继转发处理，以向信号处理平台130发送卫星参考信号。平流层通信设备120，还用于接收上行参考信号并对上行参考信号进行第二中继转发处理，以向信号处理平台130发送平流层参考信号。信号处理平台130，还用于接收卫星参考信号和平流层参考信号。

具体的，上行参考信号可以是参考辐射源140发射的信号，可以由目标轨道卫星110和平流层通信设备120接收。目标轨道卫星110在接收到上行参考信号后，可以对其采用处理待定位辐射源发送的上行主瓣信号所采用的第一中继转发处理，得到卫星参考信号并发送至信号处理平台130。平流层通信设备120在接收到上行参考信号后，可以对其采用处理待定位辐射源发送的上行旁瓣信号所采用的第二中继转发处理，得到平流层参考信号并发送至信号处理平台130。因此，信号处理平台130可以获取卫星参考信号和平流层参考信号，具体获取方法可以参考信号处理平台获取卫星转发信号和平流层转发信号所采用的方法，在此不做限定。

相应的，信号处理平台130获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的信号差值参数，可以包括：获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的接收差值参数；获取卫星参考信号与平流层参考信号之间的参考差值参数；根据接收差值参数与参考差值参数之间的差值，确定信号差值参数。

其中，接收差值参数可以是根据卫星转发信号和平流层转发信号的参数得到的差值。参考差值参数可以是根据卫星参考信号和平流层参考信号的参数得到的差值。

具体的，根据卫星转发信号与平流层转发信号所直接得到的接收差值参数中，可能包括了系统中各设备造成的误差，若将接收差值参数直接确定为信号差值参数，则其中的系统误差会导致结果偏差。因此，系统中的参考辐射源140所发射的上行参考信号，通过目标轨道卫星110和平流层通信设备120分别模拟转发后，可以生成卫星参考信号和平流层参考信号，并发送至信号处理平台130。信号处理平台130可以采用同样的方法，分别根据卫星转发信号和平流层转发信号获取接收差值参数、以及根据卫星参考信号和平流层参考信号获取参考差值参数，再获取接收差值参数与参考差值参数之间的差值作为信号差值参数，则由于接收差值参数和参考差值参数中均包括了系统误差带来的偏差，二者的差值确定的信号差值参数中可以将系统误差消除。

示例性的，图4为本发明实施例二提供的一种定位系统的信号传输示意图。如图4所示，目标轨道卫星为目标卫星，其转发的信号通过卫星地面接收设备接收并汇集发送至定位系统。平流层通信设备为飞艇空中平台，其转发的信号通过系留气球地面接收设备接收并汇集发送至定位系统。同时，利用自主可控的隐蔽参考站实现系统误差的标校，校正系统误差、星历误差、本振频漂、站址误差等。因此，空中目标作为待定位辐射源，其发射的信号主瓣部分由目标卫星接收，旁瓣部分由空中平台接收，并分别被转发至定位系统。参考站发射的参考信号经过同样传输处理过程，被转发至定位系统。则定位系统根据接收到的转发信号进行本发明实施例提供的信号处理，实现对空中目标的定位。

本发明实施例提供了一种定位系统，通过在定位系统部署目标轨道卫星、平流层通信设备和信号处理平台，通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并进行中继转发，生成卫星转发信号并发送至信号处理平台，同时通过平流层通信设备接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并进行中继转发，生成平流层转发信号并发送至信号处理平台，以使信号处理平台获取卫星转发信号和平流层转发信号，并根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数，完成对待定位辐射源的定位，实现平流层通信设备在长期稳定的监控区域中近距离接收待定位对象的弱信号，避免了现有技术可检测范围不稳定且检测距离远、信号弱的问题，实现长期、稳定地对同一区域进行监控和侦察，并对区域中的侦察对象进行定位，提升定位效率和准确性；进一步的，基于第一数量的平流程通信设备即可以根据信号的频差和时差求得定位参数，可以提升定位系统部署效率，节约定位系统部署成本。

实施例三

在上述实施例的基础上，本发明实施例三对平流层通信设备的数量进行具体化，将平流层通信设备的数量进一步细化为第二数量，并给出了根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数的具体可选的实现方式。

在本发明的一个可选实施例中，第二数量可以是大于或等于两个的任意数量。图5为本发明实施例三提供的一种定位系统的结构示意图。如图5所示，以第二数量是两个为例，提供了一种定位系统。结合参考图5，在平流层通信设备320的数量为至少两个的情况下，各平流层通信设备320分别接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并进行第二中继转发处理，并向信号处理平台330发送平流层转发信号，则信号处理平台330获取到的平流层转发信号的数量可以与第二数量相同，为至少两束。

相应的，根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数，可以包括：获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的信号差值参数，得到第二设定数量的时差参数；分别根据各时差参数生成时差定位方程；根据时差定位方程进行求解处理，得到待定位辐射源的定位参数。

具体的，在平流层转发信号的数量为至少两束的情况下，至少两束平流层转发信号与卫星转发信号之间的传播路径的差值为至少两个，至少两束平流层转发信号之间的传播路径差值为至少一个，则可以分别根据至少两束平流层转发信号与卫星转发信号之间的时差参数、以及各平流层转发信号之间的时差参数，分别表示其传播路径的差值，则可以得到至少三个方程以唯一确定定位参数，对该方程组求解，即可得到待定位辐射源的定位参数。

在本发明的一个可选实施例中，获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的信号差值参数，可以包括：生成卫星转发信号和平流层转发信号的互模糊函数，以及多束平流层转发信号的互模糊函数；根据互模糊函数进行参数估计处理，得到信号差值参数。

在本发明的一个可选实施例中，图6为本发明实施例三提供的又一种定位系统的结构示意图，如图6所述，定位系统还可以包括：参考辐射源340。

其中，参考辐射源340用于分别向目标轨道卫星310和平流层通信设备320发射上行参考信号。目标轨道卫星310，还用于接收上行参考信号并对上行参考信号进行第一中继转发处理，以向信号处理平台330发送卫星参考信号。平流层通信设备320，还用于接收上行参考信号并对上行参考信号进行第二中继转发处理，以向信号处理平台330发送平流层参考信号。信号处理平台330，还用于接收卫星参考信号和平流层参考信号。

相应的，信号处理平台330获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的信号差值参数，可以包括：获取卫星转发信号与平流层转发信号之间的接收差值参数；获取卫星参考信号与平流层参考信号之间的参考差值参数；根据接收差值参数与参考差值参数之间的差值，确定信号差值参数。

示例性的，图7为本发明实施例三提供的一种定位系统的信号传输示意图。如图7所示，目标轨道卫星为目标卫星，其转发的信号通过卫星地面接收设备接收并汇集发送至定位系统。平流层通信设备包括两个飞艇空中平台，其转发的信号通过系留气球地面接收设备接收并汇集发送至定位系统。同时，利用自主可控的隐蔽参考站实现系统误差的标校，校正系统误差、星历误差、本振频漂、站址误差等。因此，空中目标作为待定位辐射源，其发射的信号主瓣部分由目标卫星接收，旁瓣部分由空中平台接收，并分别被转发至定位系统。参考站发射的参考信号经过同样传输处理过程，被转发至定位系统。则定位系统根据接收到的转发信号进行本发明实施例提供的信号处理，实现对空中目标的定位。

示例性的，图8和图9为本发明实施例三提供的仿真定位结果的示意图。如图8和图9所示，高轨卫星为地球同步轨道卫星，一颗高轨卫星星下点为155°E。主站为空中飞艇，位置选取在三亚(18°N，109°E)，高度3000米。由于超视距效应的影响，气球的可视范围为800km，仿真时设置为以空中飞艇平台为中心，经纬度±10°范围内，进行GDOP(GeometricDilution of Precision，几何精度因子)分析。由仿真结果可以看出，在空中飞艇超视距范围内，在定位几何好的地方，定位误差在20km-40km范围内，相对定位误差在3％-6％范围内，能够满足长期稳定监控重点区域的要求。

本发明实施例提供了一种定位系统，通过在定位系统部署目标轨道卫星、平流层通信设备和信号处理平台，通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并进行中继转发，生成卫星转发信号并发送至信号处理平台，同时通过平流层通信设备接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并进行中继转发，生成平流层转发信号并发送至信号处理平台，以使信号处理平台获取卫星转发信号和平流层转发信号，并根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数，完成对待定位辐射源的定位，实现平流层通信设备在长期稳定的监控区域中近距离接收待定位对象的弱信号，避免了现有技术可检测范围不稳定且检测距离远、信号弱的问题，实现长期、稳定地对同一区域进行监控和侦察，并对区域中的侦察对象进行定位，提升定位效率和准确性；进一步的，基于第二数量的平流程通信设备，可以根据仅信号的时差求得定位参数，可以简化信号处理过程中的算法步骤，并避免频差参数估计的误差导致的定位偏差，提升信号处理效率和定位准确性。

实施例四

图10为本发明实施例四提供的一种定位方法的流程图，本实施例可适用于对辐射源进行定位的情况，该方法可以由本发明实施例提供的定位系统来执行，该定位系统可以由软件和/或硬件的方式来实现，并一般可集成在计算机设备中。相应的，如图10所示，该方法包括如下操作：

S410、通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并对所述上行主瓣信号进行第一中继转发处理，以向信号处理平台发送卫星转发信号。

S420、通过平流层通信设备接收所述待定位辐射源的上行旁瓣信号并对所述上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，以向所述信号处理平台发送平流层转发信号。

S430、通过所述信号处理平台获取所述卫星转发信号和所述平流层转发信号，并根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数。

在本发明的一个可选实施例中，所述目标轨道卫星可以部署于地球同步轨道的目标信号区域，所述平流层通信设备可以与所述目标轨道卫星具有固定共视区域。

在本发明的一个可选实施例中，所述平流层通信设备可以包括：至少一个天线；所述至少一个天线可以共同覆盖目标信号频段，且所述至少一个天线中可以包括全部目标极化类型天线；所述接收所述待定位辐射源的上行旁瓣信号，可以包括：通过至少一个天线接收所述待定位辐射源的上行旁瓣信号；所述向所述信号处理平台发送平流层转发信号，可以包括：通过至少一个天线向所述信号处理平台发送平流层转发信号。

在本发明的一个可选实施例中，所述平流层通信设备，还可以包括：变频器和中频预处理模块；所述对所述上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，可以包括：通过所述变频器对所述上行旁瓣信号进行目标下变频处理，得到目标处理频段的待处理信号；对目标处理信号进行目标上变频处理，得到目标发射频段的所述平流层转发信号；通过所述中频预处理模块对所述目标处理频段的所述待处理信号进行滤波放大处理，生成所述目标处理信号。

在本发明的一个可选实施例中，所述平流层通信设备，还可以包括：中频采集存储回放模块和时统模块；所述对所述上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，还可以包括：通过所述中频采集存储回放模块对所述目标处理信号进行信号采集处理、数据存储处理和信号回放处理；通过所述时统模块根据所述信号处理平台的时间基准数据和频率基准数据，生成目标时钟和目标频率参考，以使所述变频器、所述中频预处理模块和所述中频采集存储回放模块获取所述时间基准数据和所述频率基准数据。

在本发明的一个可选实施例中，所述平流层通信设备的数量可以为第一数量；所述根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数，可以包括：获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的信号差值参数，得到第一设定数量的时差参数和所述第一设定数量的频差参数；分别根据所述时差参数和所述频差参数，生成时差定位方程和频差定位方程；根据所述时差定位方程、所述频差定位方程和地球面方程进行求解处理，得到所述待定位辐射源的所述定位参数。

在本发明的一个可选实施例中，所述平流层通信设备的数量可以为第二数量；所述根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数，可以包括：获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的信号差值参数，得到第二设定数量的时差参数；分别根据各所述时差参数生成时差定位方程；根据所述时差定位方程进行求解处理，得到所述待定位辐射源的所述定位参数。

在本发明的一个可选实施例中，所述获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的信号差值参数，可以包括：生成所述卫星转发信号和所述平流层转发信号的互模糊函数，和/或多束所述平流层转发信号的互模糊函数；根据所述互模糊函数进行参数估计处理，得到所述信号差值参数。

在本发明的一个可选实施例中，所述方法还可以包括：通过参考辐射源分别向所述目标轨道卫星和所述平流层通信设备发射上行参考信号；通过所述目标轨道卫星接收所述上行参考信号并对所述上行参考信号进行第一中继转发处理，以向所述信号处理平台发送卫星参考信号；通过所述平流层通信设备接收所述上行参考信号并对所述上行参考信号进行第二中继转发处理，以向所述信号处理平台发送平流层参考信号；通过所述信号处理平台接收所述卫星参考信号和所述平流层参考信号，获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的接收差值参数，获取所述卫星参考信号与所述平流层参考信号之间的参考差值参数，并根据所述接收差值参数与所述参考差值参数之间的差值，确定所述信号差值参数。

本发明实施例提供了一种定位方法，通过在定位系统部署目标轨道卫星、平流层通信设备和信号处理平台，通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并进行中继转发，生成卫星转发信号并发送至信号处理平台，同时通过平流层通信设备接收待定位辐射源的上行旁瓣信号并进行中继转发，生成平流层转发信号并发送至信号处理平台，以使信号处理平台获取卫星转发信号和平流层转发信号，并根据卫星转发信号和平流层转发信号确定待定位辐射源的定位参数，完成对待定位辐射源的定位，实现平流层通信设备在长期稳定的监控区域中近距离接收待定位对象的弱信号，避免了现有技术可检测范围不稳定且检测距离远、信号弱的问题，实现长期、稳定地对同一区域进行监控和侦察，并对区域中的侦察对象进行定位，提升定位效率和准确性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种定位系统，其特征在于，包括：目标轨道卫星、平流层通信设备和信号处理平台；所述信号处理平台分别与所述目标轨道卫星、所述平流层通信设备无线通信连接；其中：

所述目标轨道卫星，用于接收待定位辐射源的上行主瓣信号并对所述上行主瓣信号进行第一中继转发处理，以向所述信号处理平台发送卫星转发信号；

所述平流层通信设备，用于接收所述待定位辐射源的上行旁瓣信号并对所述上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，以向所述信号处理平台发送平流层转发信号；

所述信号处理平台，用于获取所述卫星转发信号和所述平流层转发信号，并根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标轨道卫星部署于地球同步轨道的目标信号区域，所述平流层通信设备与所述目标轨道卫星具有固定共视区域。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述平流层通信设备包括：至少一个天线；

所述至少一个天线共同覆盖目标信号频段，且所述至少一个天线中包括全部目标极化类型天线，用于接收所述上行旁瓣信号以及发射所述平流层转发信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述平流层通信设备，还包括：变频器和中频预处理模块；其中：

所述变频器，用于对所述上行旁瓣信号进行目标下变频处理，得到目标处理频段的待处理信号；对目标处理信号进行目标上变频处理，得到目标发射频段的所述平流层转发信号；

所述中频预处理模块，用于对所述目标处理频段的所述待处理信号进行滤波放大处理，生成所述目标处理信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述平流层通信设备，还包括：中频采集存储回放模块和时统模块；其中：

所述中频采集存储回放模块，用于对所述目标处理信号进行信号采集处理、数据存储处理和信号回放处理；

所述时统模块，用于根据所述信号处理平台的时间基准数据和频率基准数据，生成目标时钟和目标频率参考，以使所述变频器、所述中频预处理模块和所述中频采集存储回放模块获取所述时间基准数据和所述频率基准数据。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述平流层通信设备的数量为第一数量；

所述根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数，包括：

获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的信号差值参数，得到第一设定数量的时差参数和所述第一设定数量的频差参数；

分别根据所述时差参数和所述频差参数，生成时差定位方程和频差定位方程；

根据所述时差定位方程、所述频差定位方程和地球面方程进行求解处理，得到所述待定位辐射源的所述定位参数。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述平流层通信设备的数量为第二数量；

所述根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数，包括：

获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的信号差值参数，得到第二设定数量的时差参数；

分别根据各所述时差参数生成时差定位方程；

根据所述时差定位方程进行求解处理，得到所述待定位辐射源的所述定位参数。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的信号差值参数，包括：

生成所述卫星转发信号和所述平流层转发信号的互模糊函数，和/或多束所述平流层转发信号的互模糊函数；

根据所述互模糊函数进行参数估计处理，得到所述信号差值参数。

9.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，还包括：参考辐射源，用于分别向所述目标轨道卫星和所述平流层通信设备发射上行参考信号；

所述目标轨道卫星，还用于接收所述上行参考信号并对所述上行参考信号进行第一中继转发处理，以向所述信号处理平台发送卫星参考信号；

所述平流层通信设备，还用于接收所述上行参考信号并对所述上行参考信号进行第二中继转发处理，以向所述信号处理平台发送平流层参考信号；

所述信号处理平台，还用于接收所述卫星参考信号和所述平流层参考信号；

所述获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的信号差值参数，包括：

获取所述卫星转发信号与所述平流层转发信号之间的接收差值参数；

获取所述卫星参考信号与所述平流层参考信号之间的参考差值参数；

根据所述接收差值参数与所述参考差值参数之间的差值，确定所述信号差值参数。

10.一种定位方法，其特征在于，应用于定位系统，包括：

通过目标轨道卫星接收待定位辐射源的上行主瓣信号并对所述上行主瓣信号进行第一中继转发处理，以向信号处理平台发送卫星转发信号；

通过平流层通信设备接收所述待定位辐射源的上行旁瓣信号并对所述上行旁瓣信号进行第二中继转发处理，以向所述信号处理平台发送平流层转发信号；

通过所述信号处理平台获取所述卫星转发信号和所述平流层转发信号，并根据所述卫星转发信号和所述平流层转发信号确定所述待定位辐射源的定位参数。

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