[发明专利]一种基于导航卫星反射信号的目标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于导航卫星反射信号的目标定位方法，它主要是利用发射机、接收机和目标的几何位置关系来求解海面目标的三维坐标，属于无线通信技术领域。

技术背景

通常情况下提到的雷达，多是利用有源探测技术。有源雷达主要是自身定向辐射电磁脉冲，照射到目标后，通过对反射波信息的接收、分析和计算，从而实现对目标的探测、定位和跟踪。经过几十年的发展，雷达技术已非常成熟。但是，在使用过程中由于发送探测信号，容易暴露自己，隐蔽性较差，很容易受到敌方的干扰与攻击。

于是，人们开始研究自身不辐射电磁波的新体制雷达，无源探测便应运而生。它本身不发射电磁波，而是利用目标自身向外辐射或已有的其他非合作辐射源作为目标的照射源。它通过接收来自照射源的直达波和经目标散射的回波，测得目标回波的多普勒频移、到达时差及到达角等，经处理后实现目标的探测和跟踪。因此，即使在目标保持“静默”时，无源接收站仍能对目标进行探测和跟踪。相对常规雷达而言，无源雷达的探测与跟踪系统具有独特的优越性。

GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflection)遥感技术是自1997年以来发展起来的一个新型分支，是国内外遥感和导航技术领域研究热点之一，它利用导航卫星L波段信号为发射源，以岸、机、星载或其它接收平台，通过微波遥感装置接收处理海洋、陆地等不同目标反射信号，实现要素提取等遥感探测的微波遥感探测技术。目前，世界四大卫星导航系统是美国的全球定位系统(GPS)、前苏联/俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)、欧洲航天局的伽利略卫星定位系统和中国的BD2导航定位系统；日本、印度等国家的导航卫星系统也在积极发展中。随着各大卫星导航系统现代化进程的加快和日益完善，全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)的各种应用所取得的成就在现代社会中已达到了不可替代的层面。因此，基于GNSS-R信号的无源雷达技术越来越多地受到了国内外学者和研究机构的关注。当前，基于GNSS-R的目标定位方法大多利用反射信号和直射信号的时延差列出非线性方程组求解目标的三维坐标，这类定位方法原理简单，但需要多源单宿或者单源多宿的目标探测装置，其设备复杂，花销巨大。

发明内容

1.为了解决以上不足，本发明的目的在于，提供一种基于导航卫星反射信号的目标定位方法，利用发射机、接收机和目标的几何位置关系来求解海面目标的三维坐标，由于采用单源单宿的目标探测装置，设备简单，容易实现，相比于以前多源单宿和单源多宿的装置，极大地降低了设备的复杂度和花销，用更少的投入获得高效的定位。本发明所提出的几何关系定位只需知道目标反射信号和直射信号的时延、发射机和接收机的位置坐标就可以简单、便捷地求解海面目标的位置坐标。

2.本发明在求解目标的三维坐标过程中，收发机和目标的距离遥远，可将目标视为质点，GPS信号从发射到目标反射信号被接收机接收时间极短，在此期间将接收机、发射机、目标视为相对静止。同时，设地球半径为r，且假设目标出现在发射机、接收机、地心组成的平面内，或者目标距离该平面较近。

本发明一种基于导航卫星反射信号的目标定位方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：接收机接收到来自GPS卫星的直射信号时刻和相关GPS卫星信号对目标的反射信号时刻分别为t₁和t₂，GPS信号中的星历文件中包含发射信号发射时刻t₀。

步骤二：根据信号的到达时刻，计算信号的直射信号的路径长度L₁和反射信号的路径长度L₂+L₃。

(1)直射信号路径长度：L₁＝(t₁-t₀)×c。

其中，c为光速，c＝3×10⁸m/s，t₀和t₁为信号的发射时间和接收机接收直射信号的时刻。

(2)反射路径长度：L₂+L₃＝(t₂-t₀)×c。

其中，c为光速，c＝3×10⁸m/s，L₂为发射机到目标的距离，L₃为目标到接收机的距离，t₀和t₂为信号的发射时间和接收机接收反射信号的时刻。