基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法及系统，所述的系统包括：信号采集装置，用于采集静止轨道卫星上的干扰信号；参考源信号发射装置，用于向所述的静止轨道卫星发送参考源信号，并接收所述的静止轨道卫星根据所述的参考源信号发送的参考源返回信号；信号处理装置，用于对所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号的实际多普勒频移进行误差排除；干扰源定位装置，用于根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定干扰源的位置。仅通过一颗静止轨道卫星即能实现对卫星干扰源的准确定位，大大地提升了卫星对干扰的查找能力，降低了干扰查找的诸多束缚条件。
【专利说明】基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法及系统【技术领域】
[0001]本发明关于无线电技术，特别是关于静止卫星通信领域，具体的讲是一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法及系统 。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的发展，人们对于频谱资源的需求愈来愈大，“频谱枯竭”现象日趋明显。静止卫星通信领域也不可避免地出现了由于频谱紧张等因素而引起的无线电干扰事件，通信卫星越来越多地受到地面发射源的干扰，这些干扰给正常的卫星广播和通信业务的正常开展带来了巨大的威胁，甚至可能产生无法估量的社会影响。
[0003]为了应对这些射频干扰，通过受干扰卫星迅速而有效地确定地面干扰源位置是非常必要的。当前，主要采用图1所示的双星定位系统对卫星干扰源进行定位，主要测定访问地球同步人造通信卫星的上行链路发射机的位置。这是通过测量上行链路信号通过两个不同的地球同步人造卫星而造成的到达接收站的时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)来实现的。利用测量的TDOA、FDOA和准确的卫星轨道信息，计算上行发射机的位置。一个卫星上行链路发射机访问一个地球同步人造卫星(主星)，上行链路天线旁瓣的一些功率会辐射到同步的邻近卫星。如果邻近卫星(邻星)有上行接收机，这个接收机频率和极化与发射的上行信号一致，未知信号将在邻星相应的下行链路出现。
[0004]上述的双星定位技术，是基于两颗静止卫星，通过计算干扰信号通过这两颗静止卫星在接收站点所产生的时间差和位置差计算出干扰源的地理位置。但是，随着轨道位置越来越密集、不同频段的大范围使用以及转发器的利用率逐年升高等因素，双星定位技术也愈来愈受局限，即是否有符合条件的邻星来实现双星定位技术已经成为能否成功精确定位的主要瓶颈之一。由于卫星轨位、频段、极化、发射天线口径、覆盖等参数的影响，很多时候基于双星定位技术是不能够进行定位，或者不能满足前面提到双星定位条件，因此需要一种全新的定位技术来解决上述干扰定位问题。
【发明内容】
[0005]本发明提出一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法及系统，通过对干扰信号进行采集，并通过一系列的后台处理，最终即可得到可靠的干扰源位置，用于解决当前日趋增多的卫星干扰，对维护空中电波秩序，优化卫星频率资源，维护社会稳定有不可替代的作用。
[0006]本发明的目的之一是，提供了一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法，所述的方法包括:采集静止轨道卫星上的干扰信号；向所述的静止轨道卫星发送参考源信号；接收所述的静止轨道卫星根据所述的参考源信号发送的参考源返回信号；对所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号的实际多普勒频移进行误差排除；根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定干扰源的位置。
[0007]本发明的目的之一是，提供一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的系统，所述的系统包括:信号采集装置，用于采集静止轨道卫星上的干扰信号；参考源信号发射装置，用于向所述的静止轨道卫星发送参考源信号，并接收所述的静止轨道卫星根据所述的参考源信号发送的参考源返回信号；信号处理装置，用于对所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号的实际多普勒频移进行误差排除；干扰源定位装置，用于根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定干扰源的位置。
[0008]本发明的有益效果在于，仅通过一颗静止轨道卫星即能实现对卫星干扰源的准确定位，大大地提升了卫星对干扰的查找能力，降低了干扰查找的诸多束缚条件，弥补了当前主流定位技术的不足，填补了我国在卫星定位系统的空白，极大的促进了无线电管理水平的提闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为现有双星定位系统的原理图；
[0011]图2为本发明实施例提供的一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的系统的原理图；
[0012]图3为本发明实施例中的天线系统的组成原理图；
[0013]图4为本发明实施例中的射频接收单元组成原理图；
[0014]图5为频率测量精度验证平台的结构框图；
[0015]图6为信号频率随时间的变化图；
[0016]图7为信号的频率差随时间变化图；
[0017]图8为步骤S7的具体流程图；
[0018]图9为X、Y、Z三维地固坐标系统；
[0019]图10为单星定位中地固坐标系中地球与卫星的模型；
[0020]图11为zhongxinglO卫星一周内的运动轨迹图；
[0021]图12为zhongxinglO卫星一天X、Y、Z方向下速度随时间的变化图；
[0022]图13为基于四阶差分法计算出的多普勒频移随时间变化图；
[0023]图14为基于四阶差分法计算出的多普勒频移变化率随时间变化图；
[0024]图15为星上转发器频率随时间的变化曲线图；
[0025]图16为小波去噪前后频率变化曲线图；
[0026]图17为拟合值与真实值的误差图；
[0027]图18为实际多普勒频移的数据筛选图；
[0028]图19为本发明实施例提供的一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法的流程图；
[0029]图20为上行多普勒频移理论与实测波形图；
[0030]图21为经过滤波后的普勒频移与理论多普勒频移图；
[0031]图22为截取2100点至2300点的数据图；[0032]图23为北京站经纬度定位结果图；
[0033]图24为误差随噪声标准差变化曲线图；
[0034]图25为成都站多普勒频率滤波结果图；
[0035]图26为成都站经纬度定位结果图；
[0036]图27为深圳站多普勒频率滤波结果图；
[0037]图28为深圳站经纬度定位结果图。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅 是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]本发明提供了一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的系统，如图2所示，未知发射源向单颗静止轨道卫星发送干扰信号，所述的定位系统对应的定位方法具体包括:
[0040]S1:采集静止轨道卫星上的干扰信号。
[0041]在对卫星的干扰源进行定位时，首先需要保证能够接收到该卫星收到的干扰信号。基于卫星通信的特点及不同频段的需要，在具体的实施方式中可通过不同口径及不同馈源的抛物面天线来实现。例如，在该系统的一种实施方式中，只对C/Ku频段的信号进行分析并定位，信号采集装置采用7.3米C/Ku的双频段天线系统。该天线系统主要由天线主副反射面、C/Ku双频段馈源(波纹喇叭和微波网络)、天线结构、方位一俯仰型全转台座架、方位一俯仰驱动及其同步装置、天线控制器、射频接收单元(LNA、功分器、波导开关、C&Ku跟踪下变频器)、跟踪接收机、安全保护装置等组成。天线系统组成原理框图如图3所示，射频接收单元组成原理框图如图4所示。
[0042]7.3米C/Ku双频段天线系统的主要功能是接收来自地球静止轨道卫星的无线电波信号，并将接收到的信号高质量的传输至 信号处理装置。由于该定位系统中仅需要接收C、Ku两个频段的信号，且对信号的信噪比、不同极化的信号、不同轨道位置的卫星上的干扰、邻星泄露信号、系统噪声等方面有较高要求，因此7.3米C/Ku双频段天线系统的主要技术指标如下:
[0043]>工作频段:
[0044]C 频段:3.4GHz ~4.2GHz
[0045]Ku 频段:10.7GHz ~12.75GHz
[0046]>天线增益:
[0047]C 频段:≥ 47.3+201g(f/3.9) dBi f 单位:GHz
[0048]Ku 频段:≥ 57.4+201g (f/2.5) dBi f 单位:GHz
[0049]>极化方式:左、右旋圆极化/双线极化可选，电动线/圆极化转换，水平和垂直线极化同时接收，电动线极化调整
[0050]>线极化调整范围:±50°
[0051]>天线噪声温度:(在晴天、微风10°仰角条件下)[0052]C 频段:Ta ≤ 45。K
[0053]Ku 频段:Ta ≤ 50。K
[0054]>第一旁瓣:<—14dB
[0055]宽角旁瓣:(90%峰值满足如下包络线):
[0056]32-251g Θ (dBi) 1° ≤ Θ ≤ 48。
[0057]- 10 (dBi)Θ >48。
[0058](式中Θ为偏离主瓣波束的角度)
[0059]>圆极化轴比:< I.09
[0060]>线极化交叉极化隔离度:> 30dB (轴向)
[0061]>驻波(VSWR):≤ 1.3
[0062]>端口隔离:
[0063]左、右圆极化端口:≤20dB
[0064]水平、垂直线极化端口:≤35dB
[0065]C/Ku 频段端口:≤ 35dB
[0066]>馈源插入损耗:
[0067]C 频段:≤ 0.3dB
[0068]Ku 频段:≤ 0.45dB
[0069]C波段和Ku波段下变频器从天线接收单路射频输入，并且下变频到L波段用于匹配处理速度。下变频器工作于扩展的RF输入范围。然而，每个基带变频器每次只能处理500MHz频谱。因此，下变频器把RF频谱分成η个500MHz段中的一段，并把这一段下变频到L波段。表1是有重叠的分段。
[0070]表1
【权利要求】
1.一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的方法，其特征是，所述的方法包括: 采集静止轨道卫星上的干扰信号； 向所述的静止轨道卫星发送参考源信号； 接收所述的静止轨道卫星根据所述的参考源信号发送的参考源返回信号； 确定所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号对应的理论多普勒频移以及实际多普勒频移； 对所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号对应的实际多普勒频移进行误差排除； 根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定干扰源的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述方法还包括确定所述的静止轨道卫星的频率漂移。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，确定所述的静止轨道卫星的频率漂移具体包括: 向所述的静止轨道卫星发送标准频率信号； 接收所述的静止轨道卫星根据所述的标准频率信号发送的标准频率返回信号； 根据所述的标准频率返回信号确定其对应的频率；` 确定所述的标准频率返回信号的多普勒频移； 根据所述的标准频率返回信号对应的频率以及多普勒频移确定所述的静止轨道卫星的频率漂移。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述采集静止轨道卫星上的干扰信号具体包括: 设置采样中心频率以及采样带宽； 设置采样时长以及采样数据存储方式； 采集静止轨道卫星上的干扰信号； 对所述的干扰信号进行频率估计； 对所述的干扰信号进行筛选。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，向所述的静止轨道卫星发送参考源信号具体包括: 对所述的静止轨道卫星进行星历校准； 对所述的静止轨道卫星进行星历数据转换； 向所述的静止轨道卫星发送参考源信号。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是，确定所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号对应的理论多普勒频移以及实际多普勒频移具体包括: 根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定实际多普勒频移； 根据所述的静止轨道卫星的轨道位置参数确定所述的静止轨道卫星的理论多普勒频移； 将所述的实际多普勒频移以及所述的理论多普勒频移进行同步。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，对所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号的实际多普勒频移进行误差排除具体包括: 排除所述的静止轨道卫星的频率漂移引起的误差； 排除所述的静止轨道卫星由于温度变化引起的误差； 排除所述的静止轨道卫星由于星历引起的误差； 排除由所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定实际多普勒频移时产生的误差; 对所述的实际多普勒频移进行筛选。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定干扰源的位置具体包括: 对所述的实际多普勒频移进行滤波处理； 从所述的滤波后的实际多普勒频移中提取有效数据； 根据所述的有效数据确定与所述的干扰信息对应的干扰源的位置。
9.一种基于单颗静止轨道卫星对干扰源进行定位的系统，其特征是，所述的系统包括: 信号采集装置，用于采集静止轨道卫星上的干扰信号； 参考源信号发射装置，用于向所述的静止轨道卫星发送参考源信号，并接收所述的静止轨道卫星根据所述的参考源信号发送的参考源返回信号； 多普勒频移确定装置，用于确定所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号对应的理论多普勒频移以及实际多普勒频移； 信号处理装置，用于对所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号的实际多普勒频移进行误差排除； 干扰源定位装置，用于根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定干扰源的位置。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征是，所述的参考源信号发射装置包括: 标准频率信号发射模块，用于向所述的静止轨道卫星发送标准频率信号； 标准频率信号接收模块，用于接收所述的静止轨道卫星根据所述的标准频率信号发送的标准频率返回信号； 所述的信号处理装置包括: 第一确定模块，用于根据所述的标准频率返回信号确定其对应的频率； 第二确定模块，用于确定所述的标准频率返回信号的多普勒频移； 第三确定模块，用于根据所述的标准频率返回信号对应的频率以及多普勒频移确定所述的静止轨道卫星的频率漂移。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征是，所述信号采集装置具体包括: 第一设置模块，用于设置采样中心频率以及采样带宽； 第二设置模块，用于设置采样时长以及采样数据存储方式； 采集模块，用于采集静止轨道卫星上的干扰信号； 所述的信号处理装置还包括: 频率估计模块，用于对所述的干扰信号进行频率估计； 第一筛选 模块，用于对所述的干扰信号进行筛选。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征是，所述的系统还包括: 星历校准装置，用于对所述的静止轨道卫星进行星历校准； 星历转换装置，用于对所述的静止轨道卫星进行星历数据转换。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征是，所述的多普勒频移确定装置具体包括: 实际多普勒频移确定模块，用于根据所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定实际多普勒频移； 理论多普勒频移确定模块，用于根据所述的静止轨道卫星的轨道位置参数确定所述的静止轨道卫星的理论多普勒频移； 同步模块，用于将所述的实际多普勒频移以及所述的理论多普勒频移进行同步。
14.根据权利要求9所述的系统，其特征是，所述的信号处理装置包括: 第一误差排除模块，用于排除所述的静止轨道卫星的频率漂移引起的误差； 第二误差排除模块，用于排除所述的静止轨道卫星由于温度变化引起的误差； 第三误差排除模块，用于排除所述的静止轨道卫星由于星历引起的误差； 第四误差排除模块，用于排除由所述的干扰信号以及所述的参考源返回信号确定实际多普勒频移时产生的误差； 第二筛选模块，用于对所 述的实际多普勒频移进行筛选。
15.根据权利要求9所述的系统，其特征是，干扰源定位装置具体包括: 滤波模块，用于对所述的实际多普勒频移进行滤波处理； 提取模块，用于从所述的滤波后的实际多普勒频移中提取有效数据； 定位模块，用于根据所述的有效数据确定与所述的干扰信息对应的干扰源的位置。
【文档编号】G01S19/01GK103576166SQ201210277476
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2012年8月6日
【发明者】刘岩, 李景春, 张小飞, 李安平, 夏楠, 唱亮, 魏梅英, 刘海洋, 闫肃, 赖幸君, 崔晓曼 申请人:国家无线电监测中心