CN114859114A - 基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法,涉及卫星信号监测技术领域,包括低轨监视卫星对接收的信号连续多次频率测定得到信号的实际测量频率序列集合,并结合疑似信号辐射空间目标和低轨监视卫星的位置和速度,估计疑似信号辐射空间目标的辐射载频;基于信号的实际测量频率序列集合和疑似信号辐射空间目标的辐射载频,估算疑似目标信号测频序列;计算疑似目标信号测频序列的估算结果与信号的实际测量频率序列的相似度,建立低轨监视卫星接收的信号与疑似信号辐射空间目标的关联关系。本发明在基于低轨监视卫星的位置及速度、疑似信号来源的低轨空间的位置及速度、信号频率测量序列,判别信号来源于哪一个空间目标。
Description
技术领域
本发明涉及卫星信号监测技术领域,具体的说,是基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法。
背景技术
随着技术进步和应用驱动,低轨巨型星座快速发展,低轨空间目标数量越来越多,给空间活动和空间资产带来威胁。为了保障空间资产安全,必须对低轨空间目标进行全面和深入的监视。由于具有全天候、全天时、全球范围和生存能力强等优点,利用低轨监视卫星对低轨空间目标电磁信号进行监视,已成为一种重要的低轨空间目标监视方式。低轨监视卫星开展信号监测时,接收波束可能会同时覆盖一个或多个目标、接收到一个或多个信号,但是并不知道接收到的信号分别来源于哪个空间目标,将接收到的信号逐一准确关联到实际的辐射源上,是开展后续空间目标画像和身份识别的前提条件。目前,在利用低轨监视卫星开展空间目标监视还处于起步探索阶段,绝大多数任务是对已知空间目标的定频信号监视,通过严格控制开机位置、开机时间和接收频点,只能接收到指定空间目标的指定频点信号,此时不存在信号与目标关联问题;在开展宽频段扫描监视任务时,主要进行信号采集、参数测量和累积信号样本,暂时还没有开展有效的信号与目标关联工作,这极大的降低了工作效率和装备应用效能。
目前,地面监视手段进行空间目标信号监测时,主要通过合理规划天线窄波束(12米口径,在2GHz频点,波束1°)指向单个目标,来回避信号与目标关联问题。在高轨多星共轨运行、低轨卫星近距离运行(间隔小于0.01°)成为常态的情况下,仍然采用这种方式来区分目标的话,需要采用超大口径天线(如区分700Km轨道上间隔70Km的两颗卫星,需要1200米口径天线),这显然不可行。同样,更无法通过在低轨监视卫星上安装大天线来回避信号与目标的关联问题。因此,亟需研究提出在低轨监视低轨场景下的信号与目标关联方法。
发明内容
本发明的目的在于提供基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法,用于解决现有技术中尚没有一种可行的低轨监视低轨场景下的信号与目标关联方法的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题:
基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法,包括:
步骤S10、低轨监视卫星对接收的信号连续多次频率测定得到信号的实际测量频率序列集合,并结合疑似信号辐射空间目标和低轨监视卫星的位置和速度,估计疑似信号辐射空间目标的辐射载频;
步骤S20、基于信号的实际测量频率序列集合和疑似信号辐射空间目标的辐射载频,估算疑似目标信号测频序列;
步骤S30、计算疑似目标信号测频序列的估算结果与信号的每个实际测量频率序列的相似度,建立低轨监视卫星接收的信号与疑似信号辐射空间目标的关联关系。
所述步骤S10具体包括:
步骤S11、低轨监视卫星的位置向量,速度向量,疑似信号辐射空间目标集合:,其中N为疑似信号辐射空间目标数量,;对于任意疑似信号辐射空间目标的位置向量,速度向量,当疑似信号辐射空间目标信号到达低轨监视卫星时,在不同时刻进行M次频率测量,得到的频率测量序列:
其中,低轨监视卫星第次接收疑似信号辐射空间目标的信号并测量得到的实际测量频率,,1≤≤M;为疑似信号辐射空间目标的信号载频;为低轨监视卫星第次测量时的位置向量,为低轨监视卫星第次测量时的速度向量,为第次测量时的位置向量,为第次测量时的速度向量,为光速,为低轨监视卫星第次测量的信号时的测量噪声;为第次测量时刻的低轨监视卫星和疑似信号辐射空间目标的速度位置数据的函数:
其中:
所述步骤S30具体包括:
本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
(1)本发明在低轨监视卫星接收信号和测量频率后,基于低轨监视卫星的位置及速度、疑似信号来源的低轨空间的位置及速度、信号频率测量序列,判别信号来源于哪一个空间目标。
(2)现有技术中采用规划波束指向的方式,或者通过先验信息规划对已知卫星的已知频点信号进行监视的方式,来回避信号与目标关联问题。相比之下,本方法基于信号测量结果和空间目标轨道根数(等效于获得位置和速度),不需要增加信号处理环节,方法简单易行,便于工程实施,有效解决低轨卫星监视低轨空间目标场景下的信号与目标关联问题。
附图说明
图1为本发明中信号与目标关联处理流程图;
图2为本发明中信号与目标关联示意图;
其中,A-似辐射空间目标1的测量频率仿真序列;B-似辐射空间目标2的测量频率仿真序列;C-际测量频率序列;D-似辐射空间目标3的测量频率仿真序列。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
在介绍本发明的实施例之前,首先介绍本发明中涉及的技术术语:
1、空间目标
空间目标包括自然天体和人造天体,其中人造天体是指人类进行空间相关活动所产生的对象,这些对象是人类进行空间活动的主体,主要包括人造地球卫星、特定空间平台、空间站、空间运载工具等。本文中的空间目标主要指人造地球卫星。
2、空间目标监视
空间目标监视是利用部署于陆海空天基的光学望远镜、雷达系统和无线电接收系统,对空间目标的辐射基础特征、散射特征、形体特征、运动特征和电磁信号特征进行感知。
3、低轨监视卫星监视低轨空间目标
低轨监视卫星监视低轨空间目标即低轨监视低轨场景,利用低轨卫星上搭载光学望远镜、雷达和无线电感知设备等载荷,获取低轨空间目标的各种特征进行感知。本文中主要指利用低轨卫星搭载无线电感知载荷,接收低轨空间目标辐射的电磁信号(包括测控、通信、数传、雷达、导航等各类信号),实现对低轨空间目标监视的场景。
4、低轨监视低轨中的信号与目标关联
低轨监视卫星开展信号监测时,由于接收天线波束有一定宽度,可能会同时覆盖一个或多个目标,接收到的信号无法直观的判断分别来源于哪个空间目标。所以,需要将接收到的信号逐一准确关联到实际的辐射源上,为后续空间目标画像和身份识别奠定基础。
以下介绍本发明的具体实施例。
实施例1:
结合附图1所示,一种基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法,包括疑似目标信号载频估计、疑似目标信号测频序列估算、测频序列估算结果与实际测频结果相似度计算:
1、疑似目标信号载频估计
低轨监视卫星对接收的信号连续多次频率测定得到信号的实际测量频率序列集合,并结合疑似信号辐射空间目标和低轨监视卫星的位置和速度,估计疑似信号辐射空间目标的辐射载频;
2、疑似目标信号测频序列估算
基于信号的实际测量频率序列集合和疑似信号辐射空间目标的辐射载频,估算疑似目标信号测频序列;
3、测频序列估算结果与实际测频结果相似度计算
计算疑似目标信号测频序列的估算结果与信号的每个实际测量频率序列的相似度,建立低轨监视卫星接收的信号与疑似信号辐射空间目标的关联关系。
疑似目标信号载频估计具体包括:
步骤S11、低轨监视卫星的位置向量,速度向量,疑似信号辐射空间目标集合:,其中N为疑似信号辐射空间目标数量,;对于任意疑似信号辐射空间目标的位置向量,速度向量,当疑似信号辐射空间目标信号到达低轨监视卫星时,在不同时刻进行M次频率测量,得到的频率测量序列:
其中,低轨监视卫星第次接收疑似信号辐射空间目标的信号并测量得到的实际测量频率,,1≤≤M;为疑似信号辐射空间目标的信号载频;为低轨监视卫星第次测量时的位置向量,为低轨监视卫星第次测量时的速度向量,为第次测量时的位置向量,为第次测量时的速度向量,为光速,为低轨监视卫星第次测量的信号时的测量噪声;为第次测量时刻的低轨监视卫星和疑似信号辐射空间目标的速度位置数据的函数:
测频序列估算结果与实际测频结果相似度计算
当取最小值时对应的即为低轨监视卫星接收的信号对应的信号辐射空间目标,即建立了低轨监视卫星接收的信号与疑似信号辐射空间目标之间的关联关系。如图2为实际测量频率序列与疑似目标估算频率序列的相似度对比,其中曲线A为疑似辐射空间目标1的测量频率仿真序列,曲线B为疑似辐射空间目标2的测量频率仿真序列,曲线C为实际测量频率序列;曲线D为疑似辐射空间目标3的测量频率仿真序列。可以得到关联结果:意思复审空间目标2为真实辐射目标。
本方法接入低轨卫星的信号频率测量序列,只需要结合低轨监视卫星和疑似空间目标的位置及速度,即可判别信号来源目标。该方法不依赖大天线的指向性、不增加信号处理环节,可方便的应用到低轨监视卫星系统中,支撑低轨监视卫星在全球范围开展宽带频谱扫描、信号监测、信号与目标关联,可支撑对低轨监视卫星的信号监测历史数据进行信号与目标关联批量化处理,为后续空间目标电磁特征画像、身份识别奠定基础。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述,上述实施例仅为本发明较佳的实施方式,本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (4)
1.基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法,其特征在于,包括:
步骤S10、低轨监视卫星对接收的信号连续多次频率测定得到信号的实际测量频率序列集合,并结合疑似信号辐射空间目标和低轨监视卫星的位置和速度,估计疑似信号辐射空间目标的辐射载频;
步骤S20、基于信号的实际测量频率序列集合和疑似信号辐射空间目标的辐射载频,估算疑似目标信号测频序列;
步骤S30、计算疑似目标信号测频序列的估算结果与信号的每个实际测量频率序列的相似度,建立低轨监视卫星接收的信号与疑似信号辐射空间目标的关联关系。
2.根据权利要求1所述的基于低轨监视卫星监视低轨空间目标的信号目标关联方法,其特征在于,所述步骤S10具体包括:
步骤S11、低轨监视卫星的位置向量,速度向量,疑似信号辐射空间目标集合:,其中N为疑似信号辐射空间目标数量,;对于任意疑似信号辐射空间目标的位置向量,速度向量,当疑似信号辐射空间目标信号到达低轨监视卫星时,在不同时刻进行M次频率测量,得到的频率测量序列:
其中,为低轨监视卫星第次接收疑似信号辐射空间目标的信号并测量得到的实际测量频率,,1≤≤M;为疑似信号辐射空间目标的信号载频;为低轨监视卫星第次测量时的位置向量,为低轨监视卫星第次测量时的速度向量,为第次测量时的位置向量,为第次测量时的速度向量,为光速,为低轨监视卫星第次测量的信号时的测量噪声;为第次测量时刻的低轨监视卫星和疑似信号辐射空间目标的速度位置数据的函数:
其中:
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