[发明专利]一种用于被动合成孔径定位的卫星等效速度计算方法

说明书

本发明公开了一种用于被动合成孔径定位的卫星等效速度计算方法，包括如下步骤：步骤一、对接收机接收到的零中频信号进行被动合成孔径处理，得到信号的方位向时刻和调频率；步骤二、通过卫星GPS接收机得到被动合成孔径起始和终止时刻的卫星位置坐标和速度矢量；通过基于凸优化的双曲斜距拟合拟合方法，实现对等效速度的精确估计，校正了原始模型中地球曲率和轨道弯曲对距离向定位的误差，实现了距离向的精确估计。

技术领域

本发明涉及辐射源定位领域，特别是涉及一种用于被动合成孔径定位的卫星等效速度计算方法。

背景技术

被动合成孔径定位中，将辐射源目标相对于卫星的位置化为方位向和距离向参数。在方位向上，通过脉冲压缩在合成孔径时间内，卫星合成了一个长达数千米的虚拟天线孔径，合成后的极窄波束实现了辐射源方位向的定位估计；在距离向上，其距离与卫星等效速度的平方成正比与调频率成反比，实现了对距离向的定位估计。

然而距离向上的估计受卫星等效速度的影响，因此如何实现对卫星等效速度的精确估计是被动合成孔径定位中的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决被动合成孔径定位中无法实现距离向的精确估计的问题。通过基于凸优化的双曲斜距拟合拟合方法，实现对等效速度的精确估计，校正了原始模型中地球曲率和轨道弯曲对距离向定位的误差，实现了距离向的精确估计。

本发明的技术方案包括如下步骤：

一种用于被动合成孔径定位的卫星等效速度计算方法，包括以下步骤：

步骤一：对接收机接收到的零中频信号进行被动合成孔径处理，得到信号的方位向时刻和调频率；

步骤二：通过卫星GPS接收机得到被动合成孔径起始时刻和终止时刻对应的卫星位置坐标和和对应的速度矢量和，其中，T为被动合成孔径时间；

步骤三：给定的距离向距离的初始值，通过被动合成孔径起始时刻的卫星位置做垂直于卫星运行轨迹的垂面，以被动合成孔径起始时刻的卫星位置为圆心且为半径做球面，以地心为原点做地球的椭球面，面、面和面的交点为起始时刻辐射源的等效投影位置；

步骤四：通过被动合成孔径终止时刻的卫星位置做垂直于卫星运行轨迹的垂面，以被动合成孔径终止时刻的卫星位置为圆心且为半径做球面，以地心为原点做地球的椭球面，面、面和面的交点为终止时刻辐射源的等效投影位置；

步骤五：构建双曲斜距拟合模型，辐射源等效投影在地表的速度，卫星的实际速度和卫星的等效速度，辐射源等效投影在地表划过的距离，卫星的实际飞行距离和卫星的等效飞行距离，存在关系；

步骤六：根据步骤三、步骤四、步骤五的计算可以得到给定的距离向距离下的卫星的等效速度，通过被动合成孔径中调频率K与给定的距离向距离关系式，得到估计的距离向距离；

步骤七：建立罚函数判断估计的距离向距离与给定的距离向距离的差值的公式，判断差值是否最小，若是，则此时对应卫星的等效速度和给定的距离向距离为最优解；若否，则重新给定的距离向距离，直到使估计的距离向距离与给定的距离向距离的差值最小。

优选地，步骤一的调频率计算公式为：

其中，K为调频率，为接收信号的载频，为卫星的等效速度，c为光速，为给定的距离向距离。

优选地，步骤三的方程组为：

其中，p,q,w均为地球椭球模型参数，面、面和面存在两个交点A和A’，A为起始时刻辐射源的等效投影位置，A’为另一个虚等效投影点，且该点可以通过先验信息进行排除。

优选地，步骤四得到的方程组为：