一种用于被动合成孔径定位的卫星等效速度计算方法

技术领域

本发明涉及辐射源定位领域，特别是涉及一种用于被动合成孔径定位的卫星等效速度计算方法。

背景技术

被动合成孔径定位中，将辐射源目标相对于卫星的位置化为方位向和距离向参数。在方位向上，通过脉冲压缩在合成孔径时间内，卫星合成了一个长达数千米的虚拟天线孔径，合成后的极窄波束实现了辐射源方位向的定位估计；在距离向上，其距离与卫星等效速度的平方成正比与调频率成反比，实现了对距离向的定位估计。

然而距离向上的估计受卫星等效速度的影响，因此如何实现对卫星等效速度的精确估计是被动合成孔径定位中的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决被动合成孔径定位中无法实现距离向的精确估计的问题。通过基于凸优化的双曲斜距拟合拟合方法，实现对等效速度的精确估计，校正了原始模型中地球曲率和轨道弯曲对距离向定位的误差，实现了距离向的精确估计。

本发明的技术方案包括如下步骤：

一种用于被动合成孔径定位的卫星等效速度计算方法，包括以下步骤：

步骤一：对接收机接收到的零中频信号进行被动合成孔径处理，得到信号的方位向时刻和调频率；

步骤二：通过卫星GPS接收机得到被动合成孔径起始时刻

步骤三：给定的距离向距离

步骤四：通过被动合成孔径终止时刻的卫星位置做垂直于卫星运行轨迹的垂面

步骤五：构建双曲斜距拟合模型，辐射源等效投影在地表的速度

步骤六：根据步骤三、步骤四、步骤五的计算可以得到给定的距离向距离

步骤七：建立罚函数判断估计的距离向距离

优选地，步骤一的调频率计算公式为：

其中，K为调频率，

优选地，步骤三的方程组为：

其中，p,q,w均为地球椭球模型参数，面

优选地，步骤四得到的方程组为：

其中，p,q,w均为地球椭球模型参数，面

优选地，步骤五的卫星的实际飞行距离

其中，通过卫星GPS接收机得到被动合成孔径起始时刻

优选地，步骤七的计算公式为：

其中，

有益效果

1．本发明通过双曲斜距拟合的方法计算等效速度，校正了被动合成孔径模型下，地球曲率和轨道弯曲对距离向距离估计产生的误差，提高了定位精度。

2.本发明通过凸优化的方法求解非线性方程组，给定距离向距离并建立罚函数，实现了对等效速度和距离向距离的求解。

附图说明

图1为本发明卫星的双曲斜距几何模型。

图2为本发明的处理流程图。

图3为本发明调频率-方位向时间图。

图4为本发明起始时刻辐射源的等效投影位置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行解释。

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

针对单星无源定位技术，受轨道和地表曲率的影响，卫星的实际速度和辐射源等效投影在地表的速度并不一致。根据毕达哥拉斯定理，卫星到辐射源目标的距离由如下双曲模型方程给出，其中双曲斜距几何模型关系如图1所示，处理流程图如图2所示

其中，为卫星的等效速度，其数值介于卫星的实际速度和辐射源等效投影 在地表的速度之间。在图1中，从C到D为卫星的飞行轨迹，从A到B为辐射源在地表上的等 效投影，在较短的时间内可认为CA与DB的距离相等，为给定的距离向距离。穿过C点和A 点做出两条切线，在保证CB长度不变的前提下，将矢量CB向外拉伸，使逐渐增大至与穿 过A点的切线相交，即可从弯曲模型中抽取出一个直线模型，其中

1）首先对接收机接收到的零中频信号进行被动合成孔径处理，得到信号的方位向 时刻

2）通过卫星GPS接收机得到被动合成孔径起始时刻

3）给定的距离向距离

其中，p,q,w为地球椭球模型参数，面

4）过被动合成孔径终止时刻的卫星位置做垂直于卫星运行轨迹的垂面

其中，面

5)构建双曲斜距拟合模型，辐射源等效投影在地表的速度

6）联立步骤三、步骤四、步骤五中的方程可以求得给定距离向距离

7）建立罚函数

下面结合具体信号实例对本发明做详细说明：

在本仿真实验中，本实例中辐射源的位置为经度114度维度38度，发射信号的频率 f

对接收信号做被动合成孔径处理，得到其方位向时间t

其中，地球参数长轴半径为6378137，偏心率为1/298.257223563，光速c为299792458m/s。给定的距离向距离的范围是600km~800km，搜索步进为10m，最终得到辐射源在地表上的等效投影为A(-2077690, 4580997, 3908370)B(-2082777, 4577192,3910107.366)，等效速度为6899.86m/s，求得给定的距离向距离为706246m，与实际的距离向距离的误差为54m。