基于单星增强的空中机动目标三维无源定位系统及方法与流程

本发明涉及一种基于单星增强的空中机动目标三维无源定位系统及方法，属于空间微波遥感领域。

背景技术：

1、航天电子侦察是利用卫星上的侦察设备对陆、海、空平台难以截获的雷达和通信辐射源所辐射的电磁信号等进行的侦察与定位，其覆盖范围广，不受国界和地理条件的限制，具有一定的隐蔽性，是军事情报信息系统的重要组成部分。航天电子侦察多采样单星对地测向交叉定位或多星测量结合地球方程的定位体制，其侦察对象主要包括地基、海基等低高程辐射源目标，面对预警机、侦察飞机、侦察飞艇等高价值空中目标时，因空中目标飞行高程及其机动特性影响，导致其定位精度降级、甚至定位性能失效，难以满足空中目标定位的迫切任务要求，需要对目标进行长时间积累迭代逼近空中目标真实位置，或者构建多个(≥4)观测站对空中目标进行立体观测定位，但面临位置信息受空中目标机动特性调制导致定位积累难以收敛、构建多站观测会导致航天侦察系统规模成本代价急剧增大的问题，导致星载的空中动目标定位方法工程实现复杂度与代价过大。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，缺少星载的空中动目标定位方法工程技术的问题，提出了一种基于单星增强的空中机动目标三维无源定位系统及方法。

2、本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种基于单星增强的空中机动目标三维无源定位系统，包括卫星接收子系统、岸基接收子系统，其中：

4、卫星接收子系统接收空中机动目标发送的辐射源电磁射频信号，进行滤波放大及ad采样处理，获取信号片段数据一，将信号片段数据一与卫星当前时刻位置数据发送至岸基接收子系统；

5、岸基接收子系统接收空中机动目标发送的辐射源电磁射频信号，进行滤波放大及ad采样处理，获取信号片段数据二及空中机动目标当前辐射源位置相对于岸基接收子系统的测量方位角和俯仰角信息，同时接收卫星接收子系统发送的信号片段数据一与卫星当前位置数据，根据所有数据与岸基接收子系统设备位置数据共同进行辐射源定位，获取空中机动目标三维坐标信息。

6、所述岸基接收子系统包括数据处理模块、互模糊函数模块、时差方程模块、测向射线模块、三维定位模块，其中：

7、数据处理模块，对辐射源电磁射频信号进行滤波放大及ad采样处理，获取信号片段数据二，并获取当前空中机动目标辐射源位置相对于岸基接收子系统的测量方位角和俯仰角信息；

8、互模糊函数模块，构造互模糊函数，利用信号片段数据一、信号片段数据二表征卫星接收子系统和岸基接收子系统的接收数据时差，并根据卫星当前时刻位置si、岸基接收子系统位置sa计算接收数据时差；

9、时差方程模块，构造关于空中机动目标辐射源位置的时差方程；

10、测向射线模块，根据当前辐射源位置相对于岸基接收子系统的测量方位角和俯仰角信息，及辐射源位置参数，确定测向射线方程，根据测向射线方程定义三维定位参数；

11、三维定位模块，根据三维定位参数、时差方程确定测向射线比例系数，根据测向射线比例系数确定空中机动目标三维坐标信息，完成辐射源定位。

12、所述信号片段数据一为信号片段x1，数据长度为n，采样率为fs；

13、信号片段数据二信号片段x2，数据长度为n，采样率为fs；

14、岸基设备位置为sa:[xa ya za]不变，卫星初始时刻位置为s0:[x0 y0 z0]，卫星任一时刻位置为si:[xi yi zi]，根据所选时刻进行卫星测量获得。

15、所述互模糊函数模块中，互模糊函数具体为：

16、

17、式中，a为互模糊函数矩阵，delta_t为接收数据时差，delta_f为多普勒频差，x1为信号片段数据一，x2为信号片段数据二，n为大小从0到n-1中任一整数，[.]*表示取共轭，j为复数的虚部符号。

18、时差方程模块中，时差方程具体为：

19、ka＝((xi^2+yi^2+zi^2)+(xa^2+ya^2+za^2)+delta_r^2)/2；

20、lx＝xi-xa；ly＝yi-ya；lz＝zi-za；

21、式中，(lx、ly、lz)为为卫星接收子系统位置相对于岸基接收子系统位置的三维坐标，即归一化坐标，ka为距离修正量，delta_r为卫星接收子系统和岸基接收子系统距离差delta_r＝c×delta_t，光速c＝3×10^8m/s。

22、测向射线模块中，根据测向射线方向定义三维定位中间变量的方法为：

23、根据岸基接收子系统获取关于辐射源目标的方位角及俯仰角，并转换至地固坐标系，将方位角及俯仰角转换为三维立体测向射线方程，以岸基接收子系统当前位置[xa yaza]，沿方位角及俯仰角测向射线方向上任选一点m点，m：[xm ym zm]，定义三维定位参数a、b、c，其中：

24、a＝lx×(xi-xm)+ly×(yi-ym)+lz×(zi-zm)；

25、b＝lx×xi+ly×yi+lz×zi；

26、

27、三维定位模块，测向射线比例系数k的计算方法为：

28、k＝(ka-b)/(a±c)；

29、空中机动目标三维坐标信息(x_estimate、y_estimate、z_estimate)的计算方法为：

30、x_estimate＝xi+k×(xi-xm)；

31、y_estimate＝yi+k×(yi-ym)；

32、z_estimate＝zi+k×(zi-zm)。

33、根据空中机动目标三维无源定位系统实现的一种基于单星增强的空中机动目标三维无源定位方法，包括：

34、对卫星接收子系统接收辐射源电磁射频信号进行预处理获取信号片段数据一，将信号片段数据一与卫星当前时刻位置数据转发至岸基接收子系统；

35、利用岸基接收子系统接收空中机动目标发送的辐射源电磁射频信号，进行滤波放大及ad采样处理，获取信号片段数据二，并获取岸基接收子系统获取关于辐射源目标的方位角及俯仰角信息，同时接收卫星接收子系统发送的信号片段数据一与卫星当前位置数据；

36、通过互模糊函数模块构造互模糊函数，利用信号片段数据一、信号片段数据二计算卫星接收子系统和岸基接收子系统的接收数据时差；

37、通过时差方程模块构造空中机动目标辐射源位置的归一化坐标和距离修正量；

38、通过测向射线模块，根据卫星当前时刻位置测量卫星关于辐射源位置的方位角及俯仰角确定测向射线方向，根据测向射线方向定义三维定位参数；

39、通过三维定位模块利用三维定位参数、时差方程确定测向射线比例系数，根据测向射线比例系数确定空中机动目标三维坐标信息，完成辐射源定位。

40、计算接收数据时差过程中，接收数据时差根据所选时刻的卫星当前时刻位置si、岸基接收子系统位置sa实时变化。

41、计算辐射源目标三维定位过程中，根据三维定位参数、时差方程确定测向射线比例系数，构建射线比例系数，获取确定空中机动目标三维坐标信息。

42、本发明与现有技术相比的优点在于：

43、(1)本发明提供的一种基于单星增强的空中机动目标三维无源定位系统及方法，通过包括卫星接收子系统、岸基接收子系统的空中机动目标三维无源定位系统，接收空中机动目标发出的辐射源电磁射频信号，预处理后通过分析所得辐射源数据获取信号片段数据，将卫星实时位置数据与信号片段数据用于辐射源定位，获取空中机动目标三维坐标信息，适用于单星侦察情况下，基于广域分布地基侦察平台，及其测角定位系统，构成星地单边时差与测向交汇定位应用模式，满足空中目标三维定位任务要求，使得单星侦察具备了空中目标三维定位能力，广域分布地基侦察测角定位系统具备测距能力，满足空中目标高精度三维定位任务需求；

44、(2)本发明基于提出的天基卫星与地基接收设备，仅涉及了单卫星、结合广域分布的地基设备平台的基本应用单元，可满足空中辐射源目标定位的任务要求。通过进一步拓展，增加卫星或者空中平台(飞机、飞艇等)平台数量，可进一步提高空中目标定位的精度，增强应用范围，具有广阔的市场应用前景；

45、(3)本发明提出一种基于单星增强的空中机动目标三维无源定位系统及方法。涉及资源跨域从新整合，利用我国星、地侦察资源与装备，既有利于卫星侦察数据价值充分利用与发挥，又可解决我国周边高价值空中目标高精度三维定位的难题，在几乎不增加系统成本的基础上，形成星地协同侦察创新应用的新质能力，对于挖掘现有我国现有侦察装备体系的运用潜能，可对传统天基电子侦察定位体系局部增强，满足空中机动目标的侦察定位的迫切需要，具有重要的现实意义，通过卫星与广域分布的岸基、海面、空中、平流层等侦察平台，进行跨体系协同侦察，在搭载应用方面具有较大的使用灵活性。