[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

说明书

本发明属于电子对抗技术领域，具体涉及一种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。本发明针对空中目标辐射源的定位场景，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，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，给出目标位置的加权最小二乘解析解。该方法在可实现单次瞬时高精度定位，不存在定位解模糊问题，定位误差的均方误差可逼近克拉美‑罗下限。

技术领域

本发明属于电子对抗技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

一方面，在现代电子信息作战体系中，利用电子侦察手段，通过对来自敌方作战单位的电磁波信号进行测量分析，分选识别，以获取敌方单位的战略部署，平台类型等信息，对我方高层进行战略决策、保护我方作战单位以及对敌方进行战略打击具有重要参考价值。无源侦察定位技术具有隐蔽性好，作用距离远，抗干扰能力及系统安全防护性高等优势，在电子侦察系统中占据着愈发重要的地位，已经受到各国军方的重视。

另一方面，随着航天技术的发展及星载侦收技术的突破，无源侦察定位越来越依托电子侦察卫星，单星无源定位系统仅利用一个观测卫星实现地面辐射源定位，具有自身成本低、定位体制灵活等优势，但同时，由于单星无源定位系统仅利用一个观测卫星实现对辐射源的定位，单一平台获得的目标信息量较少，定位精度不够高，通常情况下，要对地面目标辐射源进行多次连续观测才能估计出目标辐射源的空间位置和运动参数。目前，基于运动学原理的单星无源定位方法，通过目标辐射源信号到达角的变化率、多普勒频率的变化率等信息，获得了相对较高的定位精度，但这需要多次观测，不能实现瞬时单次高精度定位。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提出了一种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。针对空中目标辐射源的定位场景，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，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，给出目标位置的加权最小二乘解析解。该方法在可实现单次瞬时高精度定位，不存在定位解模糊问题，定位误差的均方误差可逼近克拉美-罗下限(CRLB)。

通过测向方程的伪线性化并融合WGS-84椭球约束，给出目标辐射源在条件约束下的加权最小二乘解析解。该方法在双星同轨和异轨时可统一实现对目标的定位解算，定位方法下卫星构型灵活，且不需要迭代求解，计算量小，不存在定位解模糊问题。

本发明所采用的技术方案为：

该方法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，经过算法推导，给出目标位置的加权最小二乘解析计算公式。定位模型如图1所示。图中，记在地固坐标系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，由文献[1]可知，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)，具体表达式为