CN117687056A - 一种基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，属于电子信号测量技术领域，所述联合定位方法为：通过两颗高轨卫星和一个地面侦查站对目标辐射源发射信号进行实时侦收和截获，并将多个时刻侦收和截获的三路信号进行信号处理，提取三路信号的时差和频差定位参数，进而求取多个时刻时差的差分时差参数，然后通过两条差分时差线及地球曲面方程的交汇点解算出目标的位置信息。本发明的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，通过分时差分处理，在无需参考站的情况下，能够消除系统的链路误差及公共损耗，且无需非合作同步轨道卫星的星历信息，提升了目标定位的准确性和拓展了定位条件的适应性。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，属于电子信号测量技术领域。
背景技术
卫星平台具有作用范围大、距离远、连续跟踪定位能力强等特点，基于卫星平台的时频差和时差测量技术，是一种十分重要的目标高精度定位方法；根据所使用的不同天基、空基、地基侦察平台，可分为同步多星、高低轨联合定位、星机（卫星与飞机平台）联合定位、星地联合定位等多种体制；由于定位技术体制和平台基线的不同，不同的定位技术体制和实现方法在卫星使用和定位性能上有不同的优缺点；其中，星地联合定位技术是利用两颗高轨卫星与一个地面超短波或电子侦察站进行组合，由于结合了高轨卫星平台的覆盖范围广与地基平台信号质量高的特点，同时定位组合的几何布局优势，能够更高精度的获取目标的位置信息，且无需对信号进行解调破密；现有技术中，星地定位大多采用地面三站时差定位方法，能够有效解决通信和电子信号的定位问题，但是在接收站覆盖范围、微弱信号检测能力、定位站几何布局、定位精度等方面受接收位置的限制，目标定位效能有所欠缺；现有的基于差分时差定位的方法，如中国专利公开号：CN107229061B，公开了一种基于低轨卫星的星地差分实时精密定位方法，该方法利用全球移动的低轨卫星平台作为参考站，能够实现全球范围内的实时精密差分定位服务，不依赖地面参考站的分布；用户使用单个接收机即可实现差分实时精密定位，无作业范围限制，无需考虑数据通信链路；但该结构的参考站距离目标远，微弱信号检测能力一般，且参考站存在链路误差及公共损耗，无法保证定位精度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，通过分时差分处理，在无需参考站的情况下，能够消除系统的链路误差及公共损耗，且无需非合作同步轨道卫星的星历信息，提升了目标定位的准确性和拓展了定位条件的适应性。
本发明的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，所述联合定位方法为：通过两颗高轨卫星和一个地面侦查站对目标辐射源发射信号进行实时侦收和截获，获取多个时刻的侦收和截获信号；并将侦收和截获的三路信号送入信号处理设备，通过信号处理提取三路信号的时差和频差定位参数，分别提取三路信号在相邻的第一时刻和第二时刻的三路信号时差信息，进而求取第一时刻和第二时刻时差的差分时差参数，然后通过两条差分时差线及地球曲面方程的交汇点解算出目标的位置信息。定位时，依托天基卫星平台，通过星地联合定位技术体制，利用两颗高轨卫星和一个地面侦查站（超短波/电子地面站）实施目标辐射源发射信号的实时侦收和截获，通过信号处理提取三路信号的时差、频差定位参数，通过多个时刻的测量，获得多组时差、频差参数，得到地面上的等时差线和等频差线，它们的交点就是辐射源的位置，实现目标的连续定位跟踪；通过多个时刻的差分时差计算，校正公共链路误差及站址误差，且无需高轨卫星的星历信息，即可实现对目标的高精度定位跟踪。
进一步地，两颗所述高轨卫星为两颗同步轨道卫星，所述高轨卫星对目标辐射源信号的透明转发或侦察截获，并在卫星地面接收站实施卫星下行信号接收并送入信号处理设备。
进一步地，所述地面侦查站为地面超短波侦查站或电子信号侦察站，所述地面侦查站截获目标辐射源的旁瓣信号，并送入信号处理设备。
进一步地，所述信号处理设备通过对高轨卫星转发的数据和地面侦查站截获的数据进行互模糊函数处理，提取多个时刻的时差参数。
进一步地，所述信号处理设备为天基卫星平台；所述天基卫星平台包括信号接收设备，所述信号接收设备输出端接入到目标定位设备，所述信号接收设备包括卫星平台信号数据采集预处理设备和地面站信号数据采集预处理设备；所述卫星平台信号数据采集预处理设备与卫星地面接收站通信，所述地面站信号数据采集预处理设备与地面侦查站通信，卫星平台信号数据采集预处理设备对接收的卫星下行信号进行采集和预处理，并送入到目标定位设备进行定位计算；地面站信号数据采集预处理设备对地面侦查站截获的数据进行采集和预处理，并送入到目标定位设备进行定位计算。
进一步地，所述目标定位设备包括时差参数估计设备、定位处理设备和数据库设备。
与现有技术相比，本发明的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，能够应用于微弱信号检测、时频差参数估计和目标定位等场合，具有以下优点：
1、解决多星联合定位邻星匹配困难问题；地面站装备建设和配置齐全，能够主动提供与高轨卫星匹配的工作频段、极化方式、波束覆盖区域等，快速实现邻星功能；
2、解决微弱信号检测与处理问题；地面站距离目标近，接收信号强，能够实现弱目标信号与强地面站信号的相关，实现卫星平台和地面站协同超视距检测增强，有效提取定位参数；
3、解决长时间连续监视的问题；地面站能够提供稳定的共视区域，实施反复工程试验，实现长期稳定监控重点区域。
附图说明
图1为本发明的星地联合差分时差定位原理图示意图。
图2为本发明的整体工作流程示意图。
图3为本发明的信号处理设备结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1至图3所示的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，所述联合定位方法为：通过两颗高轨卫星和一个地面侦查站对目标辐射源发射信号进行实时侦收和截获，获取多个时刻的侦收和截获信号；并将侦收和截获的三路信号送入信号处理设备，通过信号处理提取三路信号的时差和频差定位参数，分别提取三路信号在相邻的第一时刻和第二时刻的三路信号时差信息，进而求取第一时刻和第二时刻时差的差分时差参数，然后通过两条差分时差线及地球曲面方程的交汇点解算出目标的位置信息；定位时，依托天基卫星平台，通过星地联合定位技术体制，利用两颗高轨卫星和一个地面侦查站（超短波/电子地面站）实施目标辐射源发射信号的实时侦收和截获，通过信号处理提取三路信号的时差、频差定位参数，通过多个时刻的测量，获得多组时差、频差参数，得到地面上的等时差线和等频差线，它们的交点就是辐射源的位置，实现目标的连续定位跟踪；通过多个时刻的差分时差计算，校正公共链路误差及站址误差，且无需高轨卫星的星历信息，即可实现对目标的高精度定位跟踪。
两颗所述高轨卫星为两颗同步轨道卫星，所述高轨卫星对目标辐射源信号的透明转发或侦察截获，并在卫星地面接收站实施卫星下行信号接收并送入信号处理设备。
所述地面侦查站为地面超短波侦查站或电子信号侦察站，所述地面侦查站截获目标辐射源的旁瓣信号，并送入信号处理设备。
所述信号处理设备通过对高轨卫星转发的数据和地面侦查站截获的数据进行互模糊函数处理，提取多个时刻的时差参数。
所述信号处理设备为天基卫星平台；所述天基卫星平台包括信号接收设备，所述信号接收设备输出端接入到目标定位设备，所述信号接收设备包括卫星平台信号数据采集预处理设备和地面站信号数据采集预处理设备；所述卫星平台信号数据采集预处理设备与卫星地面接收站通信，所述地面站信号数据采集预处理设备与地面侦查站通信，卫星平台信号数据采集预处理设备对接收的卫星下行信号进行采集和预处理，并送入到目标定位设备进行定位计算；地面站信号数据采集预处理设备对地面侦查站截获的数据进行采集和预处理，并送入到目标定位设备进行定位计算。
所述目标定位设备包括时差参数估计设备、定位处理设备和数据库设备。
工作时，第一时刻记为T1时刻，第二时刻记为T2时刻，利用卫星地面接收站接收辐射源目标由高轨卫星转发的数据，同时利用地面侦查站截获目标通信的旁瓣信号，时差参数估计设备进行数据处理，估计出三路数据的时差参数dto11、dto12；接着，T2时刻获取三路数据的时差参数dto21、dto22；定位处理设备将时差参数dto 11、dto 12与时差参数dto 21、dto 22实施差分运算获取差分时差参数Δdto 1、Δdto 2，通过差分运算，消除系统公共链路，利用两个差分时差参数Δdto 1、Δdto 2，结合地球曲面方程即可解算出目标的位置信息；数据库设备为整个定位测算过程提供数据支撑和测算数据存储。
具体工作过程如下：
假定在地固坐标系下，两颗高轨卫星分别为、/>；
T1时刻两颗卫星的位置分别为、/>；
T2时刻两颗卫星的位置分别为、/>；
地面侦查站的位置为；
目标辐射源位置为，目标辐射源到达两颗高轨卫星和地面侦查站的距离不同带来时差信息，T1时刻测量时差方程如下：
（1）
（2）
T2时刻测量时差方程如下：
（3）
（4）
则T1时刻和T2时刻测量差分时差方程分别为：
（5）
（6）
其中，和/>分别为T1时刻和T2时刻三路信号时差的差分参数；且c为信号传播速度。
假设地球曲面方程为：
（7）
式中，，/>分别为地球的长短半径；
通过两个差分时差参数和/>，结合地球曲面方程，即可在无需卫星星历信息的条件下校正系统链路误差，解算出目标的精确位置信息。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请范围内。
Claims (6)
1.一种基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，其特征在于，所述联合定位方法为：通过两颗高轨卫星和一个地面侦查站对目标辐射源发射信号进行实时侦收和截获，获取多个时刻的侦收和截获信号；并将侦收和截获的三路信号送入信号处理设备，通过信号处理提取三路信号的时差和频差定位参数，分别提取三路信号在相邻的第一时刻和第二时刻的三路信号时差信息，进而求取第一时刻和第二时刻时差的差分时差参数，然后通过两条差分时差线及地球曲面方程的交汇点解算出目标的位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，其特征在于：两颗所述高轨卫星为两颗同步轨道卫星，所述高轨卫星对目标辐射源信号的透明转发或侦察截获，并在卫星地面接收站实施卫星下行信号接收并送入信号处理设备。
3.根据权利要求1所述的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，其特征在于：所述地面侦查站为地面超短波侦查站或电子信号侦察站，所述地面侦查站截获目标辐射源的旁瓣信号，并送入信号处理设备。
4.根据权利要求1所述的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，其特征在于：所述信号处理设备通过对高轨卫星转发的数据和地面侦查站截获的数据进行互模糊函数处理，提取多个时刻的时差参数。
5.根据权利要求4所述的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，其特征在于：所述信号处理设备为天基卫星平台；所述天基卫星平台包括信号接收设备，所述信号接收设备输出端接入到目标定位设备，所述信号接收设备包括卫星平台信号数据采集预处理设备和地面站信号数据采集预处理设备；所述卫星平台信号数据采集预处理设备与卫星地面接收站通信，所述地面站信号数据采集预处理设备与地面侦查站通信。
6.根据权利要求5所述的基于差分时差的通信和电子信号星地联合定位方法，其特征在于：所述目标定位设备包括时差参数估计设备、定位处理设备和数据库设备。
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