现辐射源定位，弥补固定点波束的不足，灵活性强。
【主权项】
1. 一种基于星载可移点波束天线的地面辐射源定位方法，其特征在于，包括以下步骤： (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； (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； (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； (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； (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。2. 权利要求1所述的地面辐射源单星定位方法，其特征在于，所述（10)构建方向图指向 模型步骤包括： (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各波束天线方向图函数； (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t吴型。3. 权利要求2所述的地面辐射源单星定位方法，其特征在于，所述（11)获取天线方向图 函数步骤包括： (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，拟合函数其中，表示一个拟合区域上的近似函数，b为基函数， bT=(l，x，x2)， A(x)=BTff(x)B, D(x)=BTff(x), fT=(fl，f2，."，fi)， 其中，η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; f i是Xi节点值； (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，其中，u = 2.07123sin( Φ )/sin( Φ3(1Β)，JjPJ3分别是1阶和3阶第一类贝塞尔函数，其中，Φ3<?Β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，波束中心增益为Go、波束增益G的单位为dBi。4. 权利要求2所述的地面辐射源单星定位方法，其特征在于，所述（12)构建方向图指向 模型步骤具体为：供为俯仰角，9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。5. 权利要求1所述的地面辐射源单星定位方法，其特征在于，所述(30)获取辐射源信号 强度步骤包括： (31) 测量辐射信号强度:将可移点波束移至地面辐射源预估位置附近，结合主波束认 知的该地面辐射源信号参数信息，多次测量该地面辐射源的辐射信号强度； (32) 获得辐射信号强度空间分布:结合接收信号强度强、且中心指向位置成等边三角 形的波束的指向信息，得到辐射信号强度在可移点波束天线环境下的空间分布。6. 权利要求1所述的地面辐射源单星定位方法，其特征在于，所述(40)求解辐射源位置 指向步骤包括： (41) 建立定向方程组:利用天线方向图指向模型，结合辐射信号强度空间分布，建立由 辐射源位置指向、可移点波束各指向接收辐射信号强度和天线方向图函数组成的定向方程 组； (42) 获取辐射源位置指向：运用粒子群搜索算法，对定向方程组搜索求解，得到辐射源 位置指向。7. 权利要求6所述的地面辐射源单星定位方法，其特征在于，所述(41)建立定向方程组 步骤具体为： 假设地面辐射源辐射强度为t，Lf为自由空间传输损耗，则可移点波束指向A接收的辐射 信号强度UA表不为： t_Lf+G( Φα)=ιια， 由于Φα为关于α和β的函数，将G( Φα)记为〇Α(α，β)，得： t_Lf+GA(a，β) =ua， 同理可得关于波束指向B和C时的链路计算方程：其中，6!((1，0)(丨=4,8,〇为辐射源对应可移点波束三个指向获得的增益，1^、11[3和11(；为 可移点波束接收辐射信号的强度值； 联立上述式子，化简得：求解福射源位置指向α，β，相当于求解f = I fi I + I f21取最小值时的a，β。8. 根据权利要求7所述的地面辐射源定位方法，其特征在于，所述(42)获取辐射源位置 指向步骤包括： (421) 初始化:在问题空间中随机产生粒子的位置与速度，位置即(α，β); (422) 评价种群:计算每个粒子的适应度函数值，即粒子(α，β)对应的f的值； (423) 更新最优：1)比较粒子适应度函数值与它的个体最优值Pbest，如果优于Pbest， 则将其Pbest位置设置为当前粒子位置;2)比较粒子适应度函数值与群体最优值Gbest，如 果优于Gbest，则设置Gbest位置为当前粒子位置； (424) 更新粒子：按照式巧+1 = 〇卬(? -尤)+ 和式Zf = 〇以+1改变粒 子的速度和位置； (425) 停止条件:循环回到步骤2,直到满足最大的迭代次数，得到最优适应度函数值 fbes t和最优粒子位置(a，β ) best， 其中，（α，β)为辐射源位置指向，个体极值Pbest是指个体粒子搜索到的适应度值最优 位置，群体极值Gbest是指种群中的所有粒子搜索到的适应度最优位置，假设在一个D维的 搜索空间中，由η个粒子组成的种群X= (X1，X2…Xn)，其中第i个粒子表示为一个D维量Xi = (Χι1，Χι2···μ)τ，代表第i个粒子在D维搜索空间中的位置，亦代表问题的一个潜在解，根据 目标函数即可计算出每个粒子位置Xdt应的适应度值，第i个粒子的速度 Vi2，…，ViD)τ，其个体极值为Pi=(Pi1，Pi2，…，Pi D)τ，种群的群体极值为Pg=(Pgl，Pg2，…，P gD )T， 在每次迭代过程中，粒子通过个体极值和群体极值更新自身的速度和位置，即其中，ω是惯性权重;d=l，2,…，D;i = l，2,…，n;k为当前迭代次数;Vid为粒子的速度； cdPc2是非负的常数，称为加速因子;^和^是分布在[0，1]区间的随机数。9.权利要求1所述的地面辐射源单星定位方法，其特征在于，所述(50)获取辐射源经炜 度步骤包括： (51) α角和β角与俯仰角#和方位角Θ的转换： 根据几何模型，(52) 求任意指向的经炜度:根据卫星的轨道运行参数，将卫星与地心地固坐标相关联； 根据求得的辐射源位置指向的俯仰角和方位角，结合地面信息和卫星信息，得到辐射源指 向点在地面的坐标，进而求出其经炜度。
【专利摘要】本发明公开一种基于星载可移点波束天线的地面辐射源定位方法，包括：(10)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；(20)通过全球波束对该地面辐射源信号参数认知，通过可移点波束扫描得到该地面辐射源预估位置；(30)根据预估计的辐射源位置，多次测量辐射信号强度，得到辐射信号强度的空间分布；(40)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，获得辐射源位置指向；(50)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纬度。本发明射源定位方法，简单易行，无需额外星载设备。
【IPC分类】G01S1/02, G01S3/02
【公开号】CN105676166
【申请号】CN201610034916
【发明人】张更新, 钟锡健, 谢智东, 边东明, 王闯, 孔博, 张威, 葛欣星
【申请人】中国人民解放军理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月19日