基于星载可移点波束天线的地面辐射源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别是一种发射成本低、星上资源消耗少、定位精 度较高的基于星载可移点波束天线的地面辐射源单星定位方法。
【背景技术】
[0002] 由于卫星系统具有覆盖能力强、传输距离长、不受地理条件限制、机动灵活等独特 的优点，卫星系统开始逐渐进入民用和国防领域，并在几十年中得到了迅速的发展，具有非 常好的发展前景。然而，随着卫星通信的发展，卫星天线口径大、接收灵敏度高，卫星又处于 开放的空间，GE0卫星通信系统更容易受到各种辐射源有意或无意的射频干扰。随着各国卫 星业务的迅速增长，轨道与频率资源日趋紧张，卫星所处电磁环境日益恶化，卫星受到不明 辐射源干扰事件的数量与日倶增，造成了诸多恶劣影响以及经济上的损失。为排除或降低 不明辐射源干扰事件对卫星通信的影响，必须及时快速定位辐射源。
[0003] 常用的卫星辐射源定位方法有测时差定位和测向定位。测时差定位是随着多平台 通信技术的发展和到达时间差技术的进步而发展起来的，并成为现代高精度辐射源定位的 主要方法之一，主要有三星时差定位法、双星时差/频差联合定位法。一般需要由两颗或两 颗以上的卫星组网同步相互配合实现。由于卫星轨道资源的有限性，对于GE0卫星而言，系 统中仅包括有限的几颗卫星，很多情况下只有一颗卫星，很难找到协助定位的邻星，难以基 于双星或三星干扰源定位体制实现对辐射源的定位。
[0004] 目前的单星侧向定位方法，主要包括:相位干涉仪测向、比相测向、比幅测向、时差 测向、空间谱估计测向等。但这些单星侧向定位方法都必须额外增加星载定向设备，并且对 卫星的姿态测量精度有较高的要求。
[0005] 总之，现有卫星辐射源定位技术存在的问题是:单星辐射源定位方法需要额外增 加星载设备，导致发射成本高、星上资源消耗多，不易实现。。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种基于星载可移点波束天线的地面辐射源单星定位方 法，利用星载可移点波束获取辐射源的信号强度空间分布，以解方程组的形式获取辐射源 位置，方法简单，容易实现，无需额外增加星载设备。
[0007] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0008] -种基于星载可移点波束天线的地面辐射源定位方法，包括以下步骤：
[0009] (10)构建方向图指向模型:根据天线方向图函数及天线增益与俯仰角和方位角之 间的联系，构建天线方向图指向模型；
[0010] (20)预估辐射源位置:将星载全球波束天线接收到的地面辐射源信号进行参数认 知，利用可移点波束在全球波束覆盖范围内交叉扫描，根据可移点波束接收到的信号强弱 变化预估该地面辐射位置；
[0011] (30)获取辐射源信号强度:根据预估计的辐射源位置，将可移点波束指向移至辐 射源位置附近，并多次移动可移点波束指向，多次测量辐射信号强度，选取接收信号强度较 强且中心指向位置成等边三角形的波束，结合指向信息，得到辐射信号强度的空间分布；
[0012] (40)求解辐射源位置指向：根据天线方向图指向模型和辐射信号强度空间分布， 建立定向方程组，求解定向方程组，获得辐射源位置指向；
[0013] (50)获取辐射源经炜度:根据辐射源位置指向，结合地理信息与星历信息，得到地 面辐射源的经炜度。
[0014] 本发明与现有技术相比，其显著优点：
[0015] 1、定位方法易于实现：由于定位方程组形式简单，所需的数据容易获得，使得该定 位方法容易实现；
[0016] 2、发射成本低、星上资源消耗少：由于无需额外的星载设备用于辐射源定位，节约 了卫星发射成本，降低了星上资源消耗。
[0017] 3、利用可移点波束实现辐射源定位，灵活性强。
[0018] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明基于星载可移点波束天线的地面辐射源单星定位方法所涉及的流程 图。
[0020] 图2是本发明基于星载可移点波束天线的地面辐射源单星定位方法的原理图。
[0021] 图3是定义α角和β角及与俯仰角P和方位角Θ的转换示意图。
[0022] 图4是本发明方法中天线方向图指向模型所得指向与波束增益的映射图。
[0023] 图5是求解辐射源位置指向的粒子群搜索算法程序流程图。
[0024] 图6是本发明方法在天线方向图为理想函数时求辐射源位置指向仿真结果图。
[0025] 图7是本发明方法根据数据库拟合天线方向图函数的仿真结果图。
[0026] 图8是本发明方法拟合天线方向图函数相对于理想天线方向图函数绝对误差图。
[0027] 图9是表1不同拟合粒度的拟合方向图函数误差情况表。
[0028] 图10是表2本发明方法根据拟合函数求解位置指向结果表。
[0029]图11是表3本发明方法根据任意位置指向求经炜度结果表。
【具体实施方式】
[0030] 如图1、2所示，本发明基于星载可移点波束天线的地面辐射源定位方法，其包括以 下步骤：
[0031] (10)构建方向图指向模型:根据天线方向图函数及天线增益与俯仰角和方位角之 间的联系，构建天线方向图指向模型；
[0032] 所述(10)构建方向图指向模型步骤包括：
[0033] (11)获取天线方向图函数:若天线增益与指向关系为数据库形式储存，则根据数 据库对天线方向图进行拟合，得到星载可移点波束天线方向图函数;否则，根据可移点波束 天线的设计特性及参数，获取星载可移点波束天线方向图函数；
[0034] 所述(11)获取天线方向图函数步骤包括：
[0035] (111)天线方向图拟合:若天线增益与指向关系为数据库形式储存，则，
[0036] 拟合函数
[0037] F(x)^bTA^lD(x)f ^
[0038] 其中，#(x)表示一个拟合区域上的近似函数，b为基函数，
[0039] bT=(l，x，x2)，
[0040] A(x)=BTff(x)B,
[0041] D(x)=BTff(x),
[0042] fT=(fi,f2,---,fi),
[0043] 其中，
[0044]
[0045] - -9
[0046] n是x近影响节点数;m是基函数项数;w(x-Xl)是节点Xl具有紧支撑性质的光滑连续 权函数，在Xi紧支撑域内部和边界的Wi=w(x-Xi)>0,在其外部Wi = 0;fi是Xi节点值；
[0047] (112)方向图函数获取:针对可移点波束，假设波束中心增益为Go，那么波束增益G 近似计算为，
[0048]
[0049] 甘出" 叩1^。1_一4)/^11((})挪），了1和了3分别是1阶和3阶第一类贝塞尔函数，
[0050]
[0051]其中，Φ3(1Β是天线增益相对波束中心3dB衰减处所对应的角度，Φ表示辐射源信号 入射方向与可移点波束某一指向中心之间的夹角;D为天线口径，λ为辐射信号的波长，η为 天线效率。
[0052] (12)构建方向图指向模型:根据可移点波束天线方向图函数，结合可移点波束中 心指向，将天线增益与俯仰角和方位角相关联，得到反映指向与天线增益之间函数关系的 方向图指向模型。
[0053] 所述(12)构建方向图指向模型步骤具体为：
[0054]
,
[0055] 其中，
[0056]
[0057]
[0058]
[0059] P为俯仰角，Θ为方位角，α为任意指向位置在平行于卫星运行方向上与星下点的 夹角，β为任意指向位置在垂直于卫星运行方向上与星下点的夹角，和为可移点波束某 一中心指向。
[0060] (20)预估辐射源位置:将星载全球波束天线接收到的地面辐射源信号进行参数认 知，利用可移点波束在全球