一种基于天基的地面固定辐射源的直接定位方法

本发明涉及辐射源无源定位，具体涉及一种基于天基的地面固定辐射源的直接定位方法。

背景技术：

1、基于天基的对于地面辐射源的定位，可以按照定位方法分为有源定位和无源定位。有源定位需要卫星主动发射信号并接收目标反射或散射的回波以定位目标，因此有源定位无法对非合作目标进行定位。无源定位则是不发射信号，仅通过解算目标发射的信号进行定位。

2、在无源定位中，通常采用两步法定位，但是两步法定位由于需要先对参数进行估计，因此在低信噪比情况下定位效果不佳，近年发展的直接定位方法采取一步定位，省去参数估计步骤，从方法上减少了对接收信号的信息损失，因此在低信噪比条件下有着更好的定位精度。在卫星对地面辐射源定位场景下，由于卫星收到的信号信噪比较低，因此适配无源定位技术中的直接定位法。

3、现有基于卫星平台的直接定位方法已取得一定进展，主要包括两种方法：

4、第一、采用多星协同的方式，通过多颗卫星对辐射源进行同步观测。利用卫星搭载的高精度测量设备，获取辐射源信号到达不同卫星的时间差以及到达角度等信息，再借助复杂的算法解算方程组，从而确定辐射源的三维空间坐标。例如，某些低轨卫星星座系统，通过星座内多颗卫星的协同工作，能够实现对地面及空中辐射源的有效定位。

5、第二、采用单星直接定位技术。该技术利用单颗卫星上的多种传感器，如宽频带接收天线、高精度测向仪等，基于信号特征分析、相位干涉测量等原理，实现对辐射源的定位。相较于多星定位，单星直接定位具有响应速度快、系统复杂度低等优势，在一些对实时性要求较高的场景中具有应用潜力。

6、在天基平台研究领域，早期工作主要聚焦于单星平台，旨在以最少卫星数量实现定位功能。单星平台设计理念是在资源受限条件下，通过精巧算法与技术手段完成目标定位任务。然而，随着航天技术快速发展，卫星组网趋势愈发显著。在此背景下，单星平台直接定位方法暴露出诸多缺陷：

7、第一，数据处理面临严峻挑战，随着定位任务复杂度提升，单星需处理的数据量呈指数级增长，致使数据处理效率降低，难以满足实时性需求；

8、第二，时差获取存在较大困难，因单星观测角度与范围有限，在获取目标与卫星间精确时差时，易受多种因素干扰，进而影响定位精度。

9、同时卫星的覆盖范围大，在实现直接定位算法进行定位时，全域搜索的范围广，对算力需求较高，因此需要一种降低计算复杂度的算法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于天基的地面固定辐射源的直接定位方法，主要用于对地面固定辐射源进行精确的地理位置定位，通过自适应调整搜索范围，在提升定位精度的同时降低计算复杂度。该方法可广泛应用于通信领域中的干扰源排查、环境监测、智能交通的信号优化，以及工业生产中的电磁异常检测等场景，能够为相关工作的顺利开展提供准确的辐射源位置信息支持。

2、本发明提供了一种基于天基的地面固定辐射源的直接定位方法，包括：

3、步骤s1，根据两颗在不同轨道运行的卫星搭建双星星座；

4、步骤s2，通过所述双星星座中的信号接收模型接收地面辐射源发送的信号，根据所述信号的时差和相位建立代价函数;

5、步骤s3，划分预设区域得到多个网格点，计算每两个网格点之间的时差和相位的估计值，根据所述估计值补偿所述信号，得到补偿信号；

6、步骤s4，将所述补偿信号带入所述代价函数，使得所述地面辐射源所在网格点出现峰值点;

7、步骤s5，通过对网格点的自适应遍历寻找峰值点，得到所述地面辐射源的定位信息。

8、在一种可能的实现方式中，所述步骤s2包括：

9、根据以下公式建立信号接收模型的时域模型：

10、

11、式中，表示第个接收设备接收到的第个信号、表示第个接收设备接收到的第个信号的信道衰减、为第个发射的信号、为载波频率、为传输噪声、为信号时延、表示时间、表示采样间隔。

12、在一种可能的实现方式中，所述步骤s2还包括：

13、对所述时域模型进行离散傅里叶变换，得到信号接收模型的频域模型，公式如下：

14、

15、式中，表示第个接收设备接收到的第个信号、表示信号的相位变化、为传输噪声。

16、在一种可能的实现方式中，所述步骤s2还包括：

17、根据以下公式确定信号时延：

18、

19、式中，表示地面辐射源的位置、表示第个接收设备的位置、表示光速。

20、在一种可能的实现方式中，所述步骤s2还包括：

21、根据以下公式确定代价函数：

22、

23、式中，表示第个接收设备接收到的第个信号的信道衰减、表示信号的相位变化、为第个发射的信号、表示第个接收设备接收到的第个信号、表示信号的数量、表示接收设备的数量。

24、在一种可能的实现方式中，所述地面辐射源和网格点的位置采用wgs-84坐标系表示。

25、在一种可能的实现方式中，所述步骤s3包括：

26、根据以下公式将所述地面辐射源的位置从经纬高坐标系lla转换到地心地固坐标系ecef下：

27、

28、式中，为地心地固坐标系下地面辐射源的位置、为基准椭球体的极扁率，为基准椭球体的半长轴、为地面辐射源的经度、为地面辐射源的纬度、为地面辐射源的高程。

29、在一种可能的实现方式中，所述步骤s4包括：

30、根据以下公式确定峰值点:

31、

32、式中，为代价函数、为位置矩阵。

33、在一种可能的实现方式中，所述步骤s4还包括：

34、根据以下公式对所述代价函数进行转化，得到新的代价函数：

35、

36、式中，表示厄米特矩阵、表示接收机数量，表示接收到的脉冲数量。

37、在一种可能的实现方式中，所述步骤s4还包括：

38、根据以下公式确定厄米特矩阵：

39、

40、式中，表示的共轭转置、表示一个n×n的矩阵。

41、本发明提供的基于天基的地面固定辐射源的直接定位方法，能够在保证定位精度的前提下，扩大定位覆盖范围，提高定位实时性，同时减少系统复杂度和数据处理难度，为地面固定辐射源的定位提供一种高效、可靠的解决方案。

1.一种基于天基的地面固定辐射源的直接定位方法,其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

3.根据权利要求2所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：

4.根据权利要求2所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：

5.根据权利要求1所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：

6.根据权利要求1所述的直接定位方法，其特征在于，所述地面辐射源和网格点的位置采用wgs-84坐标系表示。

7.根据权利要求1所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

8.根据权利要求1所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

9.根据权利要求8所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：

10.根据权利要求9所述的直接定位方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：