[发明专利]一种基于网格搜索的粒子群算法的单星干扰源定位方法

权利要求书

1.一种基于网格搜索的粒子群算法的单星干扰源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、推导干扰源位置(x,y,z)和θ_i之间的关系；其中θ_i表示干扰源入射方向与波束中心指向之间的夹角；推导步骤如下：

在地固坐标系下，S为已知卫星，位置为r_S＝(x_S,y_S,z_S)；θ_A表示干扰信号入射方向与波束A中心指向的夹角，波束A中心位置为r_A＝(x_A,y_A,z_A)；干扰源D的位置为r_D＝(x,y,z)，是待求的未知量；卫星S、干扰源D、波束A这三个点构成一个三角形，根据余弦定理：

同样地，对于波束B和波束C，分别有：

其中，波束B中心位置为r_B＝(x_B,y_B,z_B)，波束C的中心位置为r_C＝(x_C,y_C,z_C)；

步骤2、选取3个同频波束，所述同频波束中心位置已知，根据信号在自由空间中的传输关系，建立3个波束的等增益方程组如下：

步骤2.1、将辐射源获得波束的增益G表示为关于信号入射方向与点波束中心指向夹角之间的函数，如下：

其中，u＝2.07123sinθ/sin(θ_3dB)，J₁和J₃分别是1阶和3阶第一类贝塞尔函数，波束中心增益G₀＝π²D²η/λ²；θ_3dB是3dB夹角，θ表示信号入射方向与波束中心指向之间的夹角，D是天线口径，η是天线效率，λ是辐射信号的波长；

步骤2.2、对于多波束天线七色频分复用，采用三个相邻同频波束进行干扰源定位；接收端测量得到的干扰信号强度分别为P_A P_B P_C，地面干扰源的初始辐射强度为P_t, 自由空间传输损耗为L，卫星天线增益为G_t；G(θ_i)为干扰源在波束i处获得的增益，其中i＝A，B，C，由此可以列出三个等增益方程组：

将方程组两两相减并结合地球椭球模型方程得出：

其中，e表示地球椭球模型的偏心率，字母a表示地球椭球模型中的半长轴；

步骤3、进行误差分析，选取相对增益测量误差、波束中心位置误差，卫星轨道位置偏差和高程误差作为分析对象，进行误差推导和误差仿真；将所述相对增益测量误差作为对定位精度影响最大的误差因素；具体地，所述差推导步骤如下：

将步骤2.2中方程组

改写如下：记λ_BA＝[P_B]-[P_A]，λ_CB＝[P_C]-[P_B]，f_BA＝[G(θ_B)]-[G(θ_A)]，f_CB＝[G(θ_C)]-[G(θ_B)]，则上述方程组改写为：

对其进行全微分可得：

整理可得：

dE＝W₀dX+W₁dX_A+W₂dX_B+W₃dX_C+W₄dX_S

dX＝W₀^-1(dE-W₁dX_A-W₂dX_B-W₃dX_C-W₄dX_S)

其中：

步骤4、采用基于网格搜索的粒子群算法求解步骤2中获取的等增益方程组，并解算干扰源位置；具体步骤如下：

步骤4.1、建立目标函数：

f(x,y,z)＝sqrt([(P_B-P_A)-(G(θ_B)-G(θ_A))]²+[(P_C-P_B)-(G(θ_C)-G(θ_B))]²)

步骤4.2、在三波束范围内进行粒子群搜索；

步骤4.3、以粒子群算法搜索到的全局最优解为中心点，以当前定位误差的2倍为边长，建立正方形的局部搜索区域Square，在区域Square内进行网格划分；采取递归细化的方法：

(1)将区域Square以田字格的方式划分成4个粗粒度的大网格，在4个子网格里分别进行随机取点(x,y)，由地球椭球模型方程解算出z，将(x,y,z)代入目标函数值进行分析判断，将目标函数值最小的随机点作为干扰源位置的近似解，先进行初步定位；

(2)将当前目标函数值最小的随机点所在的子网格进一步划分成更小的子网格，再次定位；

(3)重复步骤(2)直到目标函数满足条件，获得干扰源精确定位信息。