[发明专利]基于单星与地面站测向及联合测时差的无源目标定位方法

权利要求书

1.基于单星与地面站测向及联合测时差的无源目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、通过单星和地面站分别测量目标辐射源信号到达各自的方向余弦角，以及目标辐射源信号分别到达卫星与地面观测站的时间差；具体方法为：

设定在地固坐标系ECEF下，卫星的位置为x_S,e＝[x_s,e,y_s,e,z_s,e]^T，地面观测站的位置为x_r,e＝[x_r,e,y_r,e,z_r,e]^T，目标辐射源的位置为x_T,e＝[x_t,e,y_t,e,z_t,e]^T，在星体坐标系b系中，目标辐射源的位置为x_T,b＝[x_t,b,y_t,b,z_t,b]^T，在星载测向定位体制中，有如下坐标转换关系：x_T,b＝M(x_S,e-x_T,e)，其中包括卫星x_S,e在大地坐标系中对应的星下点纬度B_S和经度L_S以及由卫星x_S,e的星载姿态传感器输出的几个角度信息：偏航角ψ、俯仰角θ、滚动角φ：

a1、单星测量目标辐射源信号到达的方向余弦角α₁和β₁：

式中：D_x＝[1,0,0]，D_y＝[0,1,0]，D_z＝[0,0,1]，分别代表方向余弦角α₁和β₁的真实值，和分别代表其测量误差；

令

式中：代表方向余弦角的真实值，γ₁代表由方向余弦角α₁和β₁的测量值计算得到的方向余弦角；

a2、观测站测量目标辐射源信号到达的方向余弦角α₂和β₂：

式中：分别代表方向余弦角α₂和β₂的真实值，和分别代表其测量误差；

令

式中：代表方向余弦角的真实值，γ₂代表由方位角α₂和俯仰角β₂的测量值计算得到的方向余弦角；

a3、获取目标辐射源信号分别到达卫星与地面观测站的时间差，并将时差测量值转化为距离差：

ρ＝||(x_T,e-x_S,e)||-||(x_T,e-x_r,e)||+n_ρ

式中：n_ρ为由时差测量误差转化为的距离差测量误差；

b、通过对方向余弦角的伪线性化处理并将其融合时差测量方程，建立目标定位模型；具体方法为：

b1、对步骤a1获得的方向余弦角进行伪线性化，获得：

b2、对步骤a2获得的方向余弦角进行伪线性化，获得：

x_r,ecosβ₂-y_r,ecosα₂-(cosβ₂D_x-cosα₂D_y)x_T,e＝sinα₂(y_r,e-y_t,e)n_α2+sinβ₂(x_t,e-x_r,e)n_β2

b3、融合时差测量方程，建立定位模型，具体包括：

由上述伪线性化方程可得

式中u_i，C_i，n_i见如下表达式：

则融合得到：

b-Ax_T,e＝Nn

其中，

c、采用加权最小二乘法对步骤b建立的模型求解，获得目标位置；具体方法为：

采用加权最小二乘法求解，得目标辐射源的加权最小二乘解为：

式中:Q＝cov(N)＝NWN^T，记：为噪声的协方差矩阵；矩阵N中含有待求目标位置，首先由目标的最小二乘解给出矩阵N中所需的目标位置，得到矩阵N，进而求得目标辐射源的加权最小二乘解