一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)和定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及星載無源定位技術領域，具體涉及一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)和定位方法。
【背景技術】
[0002] 星載無源定位，因其自身不輻射電、磁、聲、光信號而具有很好的隱蔽性，并具有探 測距離遠、覆蓋區(qū)域大等優(yōu)點，使其在民用和軍事領域具有廣泛的應用前景。圖1是現(xiàn)有衛(wèi) 星定位技術分類示意圖，參見圖1，根據(jù)星載無源定位所需的衛(wèi)星數(shù)量，衛(wèi)星定位可以分為 單星定位技術、雙星定位技術并可進一步劃分。而按照定位衛(wèi)星軌道高度的不同，現(xiàn)有衛(wèi)星 定位技術可以劃分為低軌衛(wèi)星定位、高軌衛(wèi)星定位、大橢圓軌道衛(wèi)星定位、組合軌道衛(wèi)星定 位等。
[0003] 為了進一步提高衛(wèi)星定位精度，目前各國的研宄重點已經(jīng)從以前的單星定位技術 轉(zhuǎn)變到雙星/多星定位技術，但在現(xiàn)有的多星定位技術主要集中于多顆衛(wèi)星位于相同的軌 道類型，例如均位于低軌、均位于高軌等，對于多星分別位于不同的軌道類型（如分別位于 高軌、低軌）的情況，目前可見于文獻的相關研宄幾乎沒有?，F(xiàn)有的衛(wèi)星定位技術的定位精 度較差，在星間同步等方面的要求極高，需要星間同步設備和星間鏈路設備來實現(xiàn)，方案復 雜、成本尚。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)和定位方法，以解決現(xiàn)有技術中存在的定位精度 較差，需要星間同步設備和星間鏈路設備來實現(xiàn)，系統(tǒng)復雜、成本高的問題。
[0005] 為到達上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)，該衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括：高軌衛(wèi) 星、低軌第一衛(wèi)星、低軌第二衛(wèi)星以及地面定位站；
[0007] 高軌衛(wèi)星，用于偵收待定位目標輻射源發(fā)射的上行信號，并對偵收的上行信號進 行模擬轉(zhuǎn)發(fā)；
[0008]低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi)星，分別用于偵收待定位目標輻射源發(fā)射的上行信號 以及偵收高軌衛(wèi)星模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，還分別用于對偵收的兩路上行信號各自進行時差 信息提取，分別得到一路時差信息，將分別得到的一路時差信息下傳給地面定位站；
[0009]地面定位站，用于根據(jù)低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi)星下傳的時差信息計算得到待 定位目標輻射源的位置。
[0010] 可選地，高軌衛(wèi)星包括：
[0011] 對地天線，用于偵收待定位目標輻射源發(fā)射的上行信號；
[0012] 發(fā)射天線，用于將偵收的上行信號模擬轉(zhuǎn)發(fā)，供低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi)星偵 收。
[0013] 可選地，低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi)星分別包括：對天天線、對地天線、合路單元 和時差彳目息提取單兀；
[0014] 對天天線，用于偵收高軌衛(wèi)星模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，將高軌衛(wèi)星模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行 信號發(fā)送給合路單元；
[0015] 對地天線，用于偵收待定位目標輻射源發(fā)射的上行信號，并將待定位目標輻射源 發(fā)射的上行信號發(fā)送給合路單元；
[0016] 合路單元，用于接收對天天線和對地天線發(fā)送的上行信號，并對兩路上行信號進 行合路，將合路后的信號發(fā)送給時差信息提取單元；
[0017] 時差信息提取單元，用于對合路單元合路后的信號進行時差信息提取，并將提取 的時差信息下傳給所述地面定位站。
[0018] 可選地，低軌第一衛(wèi)星或低軌第二衛(wèi)星具體用于根據(jù)下列公式得到時差估計值：
[0019] 設低軌第一衛(wèi)星或低軌第二衛(wèi)星偵收的兩路上行信號分別為：
【主權項】
1. 一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括；高軌衛(wèi)星、低軌第一衛(wèi) 星、低軌第二衛(wèi)星W及地面定位站； 所述高軌衛(wèi)星，用于偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行信號，并對偵收的所述上行信 號進行模擬轉(zhuǎn)發(fā)； 所述低軌第一衛(wèi)星和所述低軌第二衛(wèi)星，分別用于偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行 信號W及偵收所述高軌衛(wèi)星模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，還分別用于對偵收的兩路上行信號各自 進行時差信息提取，分別得到一路時差信息，將分別得到的一路時差信息下傳給所述地面 定位站； 所述地面定位站，用于根據(jù)所述低軌第一衛(wèi)星和所述低軌第二衛(wèi)星下傳的所述時差信 息計算得到所述待定位目標福射源的位置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其特征在于，所述高軌衛(wèi)星包括： 對地天線，用于偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行信號； 發(fā)射天線，用于將偵收的所述上行信號模擬轉(zhuǎn)發(fā)，供所述低軌第一衛(wèi)星和所述低軌第 二衛(wèi)星偵收。
3. 根據(jù)權利要求1所述的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其特征在于，所述低軌第一衛(wèi)星和所述低軌 第二衛(wèi)星分別包括；對天天線、對地天線、合路單元和時差信息提取單元； 所述對天天線，用于偵收所述高軌衛(wèi)星模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，將所述高軌衛(wèi)星模擬轉(zhuǎn) 發(fā)的上行信號發(fā)送給所述合路單元； 所述對地天線，用于偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行信號，并將待定位目標福射源 發(fā)射的上行信號發(fā)送給所述合路單元； 所述合路單元，用于接收所述對天天線和所述對地天線發(fā)送的上行信號，并對所述兩 路上行信號進行合路，將合路后的信號發(fā)送給所述時差信息提取單元； 所述時差信息提取單元，用于對所述合路單元合路后的信號進行時差信息提取，并將 提取的時差信息下傳給所述地面定位站。
4. 根據(jù)權利要求3所述的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其特征在于，所述低軌第一衛(wèi)星或所述低軌 第二衛(wèi)星具體用于根據(jù)下列公式得到時差估計值： 設所述低軌第一衛(wèi)星或所述低軌第二衛(wèi)星偵收的兩路上行信號分別為：
公式（1) 其中s(t)為待定位目標福射源發(fā)射的上行信號，T、fd、A分別是偵收的兩路上行信號x(t)、y(t)的時差、頻差和相對幅度，n,(t)和ny(t)分別為偵收的兩路上行信號x(t)、y(t) 附加的零均值高斯白噪聲，且互相獨立； 獲取所述偵收的兩路上行信號x(t)、y(t)的互模糊函數(shù)為：
公式（2) 其中0為積分時間； 對所述低軌第一衛(wèi)星或所述低軌第二衛(wèi)星偵收的兩路上行信號x(t)和y(t)W采樣頻 率t進行離散化，令t=n0 ,，則公式（2)的離散形式為： 公式（3) 其中N=白/白s，f=kfs/N，t=m白s，采樣周期白s=]7fs; 設|R(m，k)I的極值點為（m"，k。)，則得到所述低軌第一衛(wèi)星或所述低軌第二衛(wèi)星偵收 的兩路上行信號的時差估計值為4 =W此。
5. 根據(jù)權利要求4所述的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其特征在于，所述地面定位站具體用于，根據(jù) 下列公式計算得到待定位目標福射源的位置：
其中fdi為所述低軌第一衛(wèi)星計算得到的時差估計值，^為所述低軌第二衛(wèi)星計算得 到的時差估計值，Ri為所述高軌衛(wèi)星的位置，R2、Rs分別為所述低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi) 星的位置，r(x，y，Z)為待定位目標福射源的位置，R為地球半徑，C為光速； 所述地面定位站根據(jù)計算得到的時差估計值形成兩個等時差的雙曲面，該兩個等時差 的雙曲面與地球面相交后得到兩個位置點；對所述低軌第一衛(wèi)星和所述低軌第二衛(wèi)星的覆 蓋區(qū)域進行分析，根據(jù)分析結果去除所述兩個位置點中的一個模糊點，從而得到所述待定 位目標福射源的位置。
6. -種衛(wèi)星定位方法，其特征在于，所述衛(wèi)星定位方法包括： 偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行信號，并對偵收的所述上行信號進行模擬轉(zhuǎn)發(fā)； 分別偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行信號W及偵收所述模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，對偵 收到的兩路上行信號各自進行時差信息提取，分別得到一路時差信息，將分別得到的一路 時差信息下傳； 根據(jù)下傳的所述時差信息計算得到所述待定位目標福射源的位置。
7. 根據(jù)權利要求6所述的衛(wèi)星定位方法，其特征在于，所述偵收待定位目標福射源發(fā) 射的上行信號，并對偵收的所述上行信號進行模擬轉(zhuǎn)發(fā)包括： 利用對地天線偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行信號； 利用發(fā)射天線將偵收到的所述上行信號模擬轉(zhuǎn)發(fā)。
8. 根據(jù)權利要求6所述的衛(wèi)星定位方法，其特征在于，所述分別偵收待定位目標福射 源發(fā)射的上行信號W及偵收所述模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，對偵收的兩路上行信號各自進行時 差信息提取，分別得到一路時差信息，將分別得到的一路時差信息下傳包括： 利用對天天線分別偵收所述模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，將所述模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號發(fā)送給 合路單元； 利用對地天線分別偵收待定位目標福射源發(fā)射的上行信號，并將待定位目標福射源發(fā) 射的上行信號發(fā)送給合路單元； 利用合路單元接收所述對天天線和所述對地天線發(fā)送的上行信號，并分別對所述兩路 上行信號進行合路，將合路后的信號發(fā)送給時差信息提取單元； 利用時差信息提取單元對所述合路后的信號進行時差信息提取，分別得到一路時差信 息，將得到的一路時差信息下傳。
9. 根據(jù)權利要求8所述的衛(wèi)星定位方法，其特征在于，所述利用時差信息提取單元對 所述合路后的信號進行時差信息提取，分別得到一路時差信息包括： 設所述低軌第一衛(wèi)星或所述低軌第二衛(wèi)星偵收的兩路上行信號分別為：
其中S(t)為待定位目標福射源發(fā)射的信號，t、fd、A分別是偵收的兩路上行信號X(t)、y(t)的時差、頻差和相對幅度，n,(t)和ny(t)分別為偵收的兩路上行信號x(t)、y(t)附加 的零均值高斯白噪聲，且互相獨立； 獲取所述偵收的兩路上行信號x(t)、y(t)的互模糊函數(shù)為：
其中0為積分時間； 對所述低軌第一衛(wèi)星或所述低軌第二衛(wèi)星偵收的兩路上行信號x(t)和y(t)W采樣頻 率t進行離散化，令t=n0 ,，則公式（2)的離散形式為：
其中N=白/白s，f=kfs/N，t=m白s，采樣周期白s=]7fs; 設|R(m，k)I的極值點為（m"，k。)，則得到所述低軌第一衛(wèi)星或所述低軌第二衛(wèi)星偵收 的兩路上行信號的時差估計值為4 = 。
10. 根據(jù)權利要求9所述的衛(wèi)星定位方法，其特征在于，所述根據(jù)下傳的所述時差信息 計算得到所述待定位目標福射源的位置包括： 根據(jù)下列公式計算得到待定位目標福射源的位置：
其中fdi為所述低軌第一衛(wèi)星計算得到的時差估計值，^2為所述低軌第二衛(wèi)星計算得 到的時差估計值，Ri為所述高軌衛(wèi)星的位置，R2、Rs分別為所述低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi) 星的位置，r(x，y，Z)為待定位目標福射源的位置，R為地球半徑，C為光速； 根據(jù)計算得到的時差估計值形成兩個等時差的雙曲面，該兩個等時差的雙曲面與地球 面相交后得到兩個位置點；對所述低軌第一衛(wèi)星和所述低軌第二衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域進行分
【專利摘要】本發(fā)明公開一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)和方法，衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括：高軌衛(wèi)星、低軌第一衛(wèi)星、低軌第二衛(wèi)星以及地面定位站；高軌衛(wèi)星用于偵收待定位目標輻射源發(fā)射的上行信號，并對偵收的上行信號進行模擬轉(zhuǎn)發(fā)；低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi)星，分別用于偵收待定位目標輻射源發(fā)射的上行信號以及偵收高軌衛(wèi)星模擬轉(zhuǎn)發(fā)的上行信號，還分別用于對偵收的兩路上行信號各自進行時差信息提取，分別得到一路時差信息，將分別得到的一路時差信息下傳給地面定位站；地面定位站用于根據(jù)低軌第一衛(wèi)星和低軌第二衛(wèi)星下傳的時差信息計算得到待定位目標輻射源的位置。本發(fā)明采用高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星協(xié)同定位，精度高、不需要精密的時間同步、星間鏈路設備，增強了系統(tǒng)的可靠性。
【IPC分類】G01S19-42
【公開號】CN104849737
【申請?zhí)枴緾N201510207934
【發(fā)明人】顧黎明, 郭細平, 張小林, 吳獻忠
【申請人】中國電子科技集團公司第三十六研究所
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月28日