[发明专利]一种基于低轨卫星的地面信号源直接定位方法

说明书

本发明公开了一种基于低轨卫星的地面信号源直接定位方法，在时差平面，根据接收信号估计结果与卫星与信号源连线无遮挡的条件共同限制待定位区域范围，再将该定位范围映射至地球表面；针对现有技术使用两步法帮助直接定位时，没有考虑误差范围，并且现有方案直接使用两步法的定位结果作为直接定位法的迭代初值，从而导致低信噪比下系统容易定位失败；本发明充分考虑信号时差参数估计的误差范围这一信息，将所有可能产生所估计出的时差的位置区域设置为待定位区域，保证了直接定位法在低信噪比下的优势得以保留，而不会因为受到两步法结果的干扰而失效。

技术领域

本发明属于卫星定位技术领域，具体涉及一种基于低轨卫星的地面信号源直接定位方法。

背景技术

无源定位是一种定位系统不发射信号，仅依靠多个接收站接收信号源发出的信号，对信号源进行定位的技术。相比有源定位，它具有电磁隐蔽性好，定位距离远的优点。

无源定位法可以分为两大类：传统的两步法和一步法。两步法定位时需要先提取与位置信息相关的中间参数，例如时差、频差、到达角、接收信号强度等，再根据中间参数确定目标位置。一步法又称直接定位法，它不估计中间参数，直接分析原始信号，建立与目标位置相关的目标函数，利用穷举等方法在待定位区域中执行网格搜索寻找代价函数最值以确定辐射源位置。

理论研究与实验表明：传统两步法定位精度、适应低信噪比的能力均弱于直接定位法。然而直接定位法也存在它的缺点：待搜索区域难以提前确定，需要搜索的网格数量多导致计算量大。为了使得直接定位法更加快速有效，现已提出的改进方法主要分为两类：更快计算代价函数和更快找到代价函数最值。一些使用迭代方法寻找直接定位法目标的工作使用两步法初始化迭代初值。但是两步法的定位误差随信噪比的变化较大，在低信噪比下定位误差容易过大甚至无法定位，这将导致基于迭代的直接定位法也无法正常工作，失去直接定位法的优势。其余工作往往默认已知一个较小的定位区域，但是这在使用卫星进行定位的场景中比较困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于低轨卫星的地面信号源直接定位方法，在低信噪比条件下，仍可以有效定位。

一种基于低轨卫星的地面信号源直接定位方法，包括如下步骤：

步骤一、选择至少三颗定位卫星，定位卫星接收辐射源信号；

步骤二、估计不同卫星之间接收信号中的时差信息和时差误差范围，将时差误差范围画在时差平面上；

步骤三、确定真实时差可能存在的范围大小，具体为：

在地球表面均匀取点，然后对这些点进行判断：如果可以直视所有定位卫星，则求出时差，并画在时差平面；遍历地球表面所有点，得到定位卫星共视区域在时差平面的映射区域；

将本步骤得到的时差平面上的卫星共视区域以及步骤二得到的时差误差范围区域求交集，得到了时差平面上的目标待定位区域；

步骤四、将步骤三的时差平面上的目标待定位区域映射至地球表面，得到地球表面的一个区域，然后在该区域均匀取点，最后采用直接定位法进行定位；

较佳的，所述步骤一中，辐射源发射的信号格式已知或者未知。

较佳的，所述步骤二、步骤三中，估计的信息为到达时差信息TDOA及其方差。

较佳的，所述步骤四中，直接定位法为极大似然估计法。

较佳的，所述步骤四中，在该区域均匀取点的具体方法为：

Step1：输入球坐标系下的取点间隔d和待取点区域；

Step2：令M_θ＝[(θ_max-θ_min)/d]+1；其中，θ_min和θ_max分别表示待定位区域边界的θ取值的最小值和最大值；