一种基于星地几何变化的辐射源定位方法

技术领域

本申请涉及基于相位干涉测量的电子侦察的技术领域，特别是一种基于星地几何变化的辐射源定位方法。

背景技术

传统侦察系统采用4～6幅以上的天线完成干涉模糊解算。某雷达侦察告警测量载荷系统采用三天线干涉测角技术，其仅采用三副天线，利用星地几何关系变化的基本约束，实现对辐射源的准确定位，大幅降低了系统的复杂度及重量，为告警设备的通用化装备奠定技术基础。然而，三天线干涉测角存在模糊的问题。

发明内容

本申请提供了一种基于星地几何变化的辐射源定位方法。针对三天线干涉测角多，本专利利用星地几何的运动特性，可以实现辐射源位置的高精度估计。该方法经过仿真及测试，有效验证了其有效性。

第一方面，提供了一种基于星地几何变化的辐射源定位方法，所述方法应用于三天线系统，所述方法包括：

获取观测目标的K个相对相位结果，所述K个相对相位结果与K个位置一一对应，所述K个相对相位结果中的目标相对相位结果包括第二天线相对于第一天线的第一相对相位，以及第三天线的相对于第一天线的第二相对相位；

对所述K个相对相位结果进行恢复得到K个模糊相位序列，每个模糊相位序列包括多个模糊相位；

根据所述K个模糊相位序列，确定在天线坐标下的多个模糊角度结果，所述多个模糊角度结果包括俯仰和方位角；

将所述在天线坐标下的多个模糊角度结果转换为在星地坐标系下的多个经度纬度结果；

通过投票器对所述多个经度纬度结果进行投票，确定观测目标的位置。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一相对相位为Ψ

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述多个模糊角度结果包括目标模糊角度结果

其中，θ

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述多个模糊角度结果包括目标模糊角度结果

判断

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述通过投票器对所述多个经度纬度结果进行投票，确定观测目标的位置，包括：

对纬度和经度交叉形成的网格按照目标步长进行划分，构建投票网格；

将多个经度纬度结果分别投入所述投票网格中，并按照距离最近原则进行计数；

计算所述投票网格中投入数目最多的经纬度网格，作为观测目标的位置输出。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在目标经纬度结果落入所述投票网格的目标网格中的情况下，将所述目标网格划分为4个子网格，并根据所述目标经纬度结果在所述4个子网格中的落入方位，由所述目标网格朝着所述落入方位的方向额外拓展3个网格进行计数。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述目标步长为0.05°～1°。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，若存在多个候选位置，则将方差最小的点输出。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，K为10～30。

第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备用于执行如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的方法。

与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：

本专利利用卫星相位测量结果，计算出模糊位置并在地面进行投影。卫星及地面辐射源的相对运动特征表示，相对于卫星，地面辐射源在观测时间内(20s～40s)内的运动位移远小于系统的定位精度。本专利利用多次测量结果目标位置不变，模糊位置变化的特性进行投票，得到辐射源的准确位置。

附图说明

图1为天线位置分布图。

图2为模糊角度位置的示意图。

图3为测向交汇定位示意图。

图4为坐标转换流程图。

图5为投票网格示意图。

图6为投票法模糊剔除结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。

对于电子侦察系统，阵元间距远大于工作波长，导致严重的测角模糊。如图1所示，以最简单的L型三天线阵布局，其中蓝色钻石为天线位置，红色圆为安全间距，一般情况下，阵元间距大于系统的工作波长，导致系统测角模糊。

以定点天线作为天线坐标系原点，天线法向为Z轴，天线1和2的连线为X轴，天线1和3的连线为Y轴。那么天线1，2，3的坐标分别为：

a

假设辐射源俯仰角θ

即

Ψ

系统测量的相位在[-π,π]之间，由于

本申请实施例提供一种基于星地几何变化的辐射源定位方法。下面介绍本申请提供的辐射源定位方法的原理。本申请利用测向交汇定位进行辐射源定位。测向交汇定位是根据卫星运动站在不同位置测得同一辐射源信号的方向。在平面上测向交汇定位的原理如图3所示。假设A、B、C为运动卫星运动经过的3个点，测得辐射源方向分别为

一种基于星地几何变化的辐射源定位方法的具体执行步骤如下。

1.通过系统测量得到的相位计算模糊角度

系统通过三幅窄带天线既可以测得辐射源在三幅天线的相对相位。本文以天线1为参考，天线2，3相对相位为：

Ψ

首先通过测得的相对相位Ψ

其中N＝ceil(d/λ)，ceil(·)表示向正方向取整，k表示可能的模糊次数，d为天线2/3和天线1之间的距离，λ为工作频率。

令

为便于计算，本申请通过meshgrid构造模糊相位对：

meshgrid(·)为matlab中的meshgrid操作，其中

对于某一组相位

那么

其对应的两维角度为

在一些实施例中，可以通过判断

将满足要求的模糊角度计算出来，该角度为天线坐标下的俯仰和方位角。

假设卫星观测次数为K次，那么系统产生的模糊点数目最大为K(2N+1)

由于真实目标处重叠误差最小，且次数最多，当运动经过的点数数目超过门限，则可以仅通过投票法即可确定辐射源真实位置。这是由于地面雷达相对于卫星而言，运动速度慢，在侦察中认为其位置几乎不变。采用基于测向交叉定位的方法利用多位置观测来剔除测角模糊，当模糊点较多，需要保证K的数目较大且卫星各个测量时刻的位置变化较大。K可以为10～30，例如为20。

2.通过星地几何变换，计算模糊角度在地面的投影位置

根据当前卫星位置、姿态、天线安装矩阵等将天线坐标系下的俯仰和方位角投影到地面，计算目标雷达可能的经纬度。这里需要涉及卫星本体坐标系(S系)、天线本体坐标系(o系)、轨道坐标系(a系)、地理坐标系(t系)、WGS-84坐标系(e系)等一系列坐标系的转换。坐标转换过程如图4所示。K个位置可以对应K次坐标转换，即每个位置执行的坐标转换均不相同。该坐标系转换为常规星地几何关系，此处不再详细介绍。

3.通过投票器对模糊点进行投票并筛选出候选点位置

通过上述方法，可以得到在星地坐标系下某一目标的所有模糊点的纬度

在一些实施例中，对纬度和经度交叉形成的网格按照一定步长进行划分，构建投票网格。步长例如为0.05°～1°，在本申请中使用0.1°。之后将上述K(2N+1)

在一个实施例中，以K(2N+1)

在进行投票计数时，如果仅计入经纬度结果所在的投票网格，由于经纬度结果本身就存在误差，且数量结果相对于整体经纬度网格而言较为分散，因此可能无法得到较为准确的目标准确位置。通过计入目标网格周围的网格，有利于减少结果分散性，提高结果准确度。

在一个实施例中，以K(2N+1)

在进行投票计数时，根据经纬度结果所在目标网格的方位有选择性计入周围网格，在维护投票分散度的同时，还可以降低高票位置结果数量较多甚至连成一片的现象，有利于进一步提高结果准确度。并且在全局网格精度的基础上(以0.1°为例)，将单一的目标网格进一步划分子网格，使得在计算量少量增加的情况下明显提高投票精度(提升至0.05°)。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。