双星时差频差定位系统中的多信号定位技术

通过计算并分析多信号的互模糊函数,证明了双星时差频差定位系统同频多信号定位的可行性;提出了计算双星定位系统可同时分辨的同频信号个数的公式,估算了卫星系统的同频多信号分辨能力,并给出了同频多信号互模糊函数图;最后,提出了一种多信号定位高效实现方法,其思想是先估计信号个数,再计算局部区域互模糊函数.该方法已得到了工程验证.     

基于G-N迭代的双星时频差定位融合算法

双星时差(Time Difference of Arrival, TDOA)频差(Frequency Difference of Arrival, FDOA)定位系统在过顶期间可多次截获到辐射源信号并进行定位,将不同时刻观测的多组时差频差和高程信息融合可以提高定位精度。本文算法将辐射源高程信息建模为双星时差频差定位融合的观测量之一,并提出了一种基于高斯-牛顿(Gauss-Newton, G-N)迭代的双星时差频差定位融合算法。最后通过实验仿真将本文所提算法与理论最优单次定位结果、直接平均和加权平均等位置合批处理方法进行比较,实验结果表明本文算法相较于其他位置合批处理方法具有更优越的性能。     

用于双星时差频差定位体制的宽频接收机设计

针对双星时差频差定位体制要求,提出了一种宽频带接收机设计方法。介绍了整机架构设计方案和模块划分方法。重点阐述了影响双星时频差体制定位精度的关键指标:时延差一致性、频率差一致性、幅度差一致性的工程实现方式及各项技术指标的加速老化试验方式。接收机测试结果表明,接收机时延差一致性优于1.54 ns、频率差一致性优于1 Hz、幅度差一致性优于0.5 dB。并通过老化试验验证接收机指标变化情况满足在轨5年实际工程应用需求。     

基于约束加权最小二乘的时差频差联合定位算法

针对运动目标源定位问题,提出了一种基于约束加权最小二乘(Constrained Weighted Leas-tSquares,CWLS)的时差频差定位算法。该算法利用目标源到达多个接收站的时差和频差信息,对目标源的位置和速度进行估计。通过引入中间变量,将时差频差非线性方程转换成伪线性方程(中间变量与目标源位置和速度之间存在约束关系),再对此约束条件引入拉格朗日乘子技术,将此伪线性方程的求解转化为求条件极值问题,创造性地求解了此非线性定位方程,提高了定位精度,并能满足实时性和全局收敛要求。仿真实验表明,该算法在保持相近复杂度的同时,进一步提高了定位性能,优于两步加权最小二乘算法,在噪声较高时仍然能达到克拉美罗下限。     

双星时差频差无源定位系统定位算法工程指标分析

通过计算时差、频差测量精度,以及卫星运动引起的时差、频差变化率,提出双星时差频差无源定位系统的信号最佳采样时间为10～ 100 ms.进一步推导了工程可实现的定位精度,仿真结果表明双星系统工程可实现的定位精度约为1～3km.研究和结论对双星定位系统定位精度指标的论证与分解具有借鉴意义.     

位置线误差的时/频差联合定位性能研究

就双星时差/频差联合定位问题,引入了位置线误差的概念,通过梯度理论计算时差位置线误差和频差位置线误差的分布,对时差位置线误差和频差位置线误差以及联合定位性能进行了定性和定量分析,推导了双星系统下时差频差联合定位精度与参数位置线误差和位置线交角之间的计算关系式。并结合仿真分析了参数测量误差和位置线交角对时差频差联合定位精度的影响。     

双星系统对雷达无源定位的可行性分析

双星无源定位系统对地海面雷达辐射进行定位时,存在脉冲信号频差参数提取的模糊问题。提出了一种基于虚拟双星的双时差粗定位方法,可有效解决频差测量的模糊,再结合时差/频差联合定位方法,分析了双星系统对雷达辐射源无源定位的可行性,给出了一些有用的结论。     

高低轨双星定位中的时变时频差参数估计

针对卫星干扰源高低轨组合双星定位中,同步和低轨卫星相对干扰源的径向速度差值大、变化快,引起的时频差定位参数时变的问题,分析出同步、低轨卫星到干扰源的径向距离之差随时间的变化近似满足匀加加速运动模型,据此建立了两卫星平台接收信号的表达式,解析了径向速度、加速度和加加速度差各自对信号包络和载频部分的影响,并在此基础上结合互模糊函数提出了一种基于运动补偿的时变时频差参数估计方法,仿真和试验结果表明了该方法能够有效消除运动参数的影响,准确地估计出时频差定位参数,并能逼近时差、频差估计精度的理论下界。      

双星时差频差定位体制在频域混叠电磁环境下的应用

现代战场电磁环境复杂,不同类型电磁信号在时频域碰撞混叠,现有常规侦察手段对此类信号的定位应用受到严重制约。双星时差频差定位体制通过互模糊函数求解信号到达时差和频差,分离频域混叠信号并获得高达公里量级的定位精度,非常适合于复杂电磁环境下的应用。通过求解模糊函数的方法分析了时差频差体制对频域混叠信号的分离和定位能力,然后结合美航母编队及其电磁环境构成,探讨了这一能力在监视航母编队,尤其是跟踪识别编队个体成员的具体应用。仿真与分析结果证明了双星时差频差定位体制的优势,对于天基侦察系统的建设具有重要意义。     

基于约束总体最小二乘方法的到达时差到达频差无源定位算法

两步加权最小二乘方法(two-stage WLS)是求解TDOA/FDOA无源定位问题的经典线性方法,但也存在着定位偏差和均方误差对测量噪声的适应能力较差的缺点。该文根据TDOA/FDOA的伪线性定位方程组特点,将其建立为一种带约束条件的约束总体最小二乘(CTLS)模型,并采用拉格朗日乘子法求解带约束条件的CTLS问题,建立了几种最小二乘类定位方法的统一解,从而将约束加权最小二乘(CWLS)定位解和约束最小二乘(CLS)定位解变为该文CTLS定位解的特例。仿真表明,该文方法比两步加权最小二乘方法具有更低的均方误差,并能够有效减小定位偏差,因而具有更好的测量噪声适应能力。     

干扰源双星定位中的邻星同频干扰解调对消方法

干扰源双星定位系统中邻星存在同频干扰,导致目标信号信噪比过低,利用互模糊函数估计时差、频差时,检测不到相关峰,无法完成参数提取,为此,提出了一种基于解调对消的干扰抑制方法,通过信号参数估计、调制识别、解调重构、时间同步、相位幅度补偿和相减抵消等步骤,削弱干扰信号的功率,提高目标信号的信噪比,使得同样的处理增益下相关峰值明显高于噪底.仿真结果表明该方法能够逼近理论下界,实现干扰条件下的定位参数提取,有效拓展了双星定位系统的适用性.     

多站时差和多普勒频差联合定位技术

讨论了多站时差（TDOA）和多普勒频差（FDOA）无源定位技术,并将时差定位与多普勒频差定位结合起来,提出了对运动目标的时差-多普勒频差联合定位思想。仿真结果表明,这一方法是可行的。     

基于约束加权最小二乘的多站无源定位

针对传统加权最小二乘算法在噪声较大时会出现门限效应的问题。本文将约束加权最小二乘算法应用于多站无源定位,分别提出了基于多站时差定位的约束加权最小二乘算法以及基于时差频差联合定位的约束加权最小二乘算法。算法首先将非线性观测方程转化为两个伪线性方程,然后对伪线性方程加入限制条件,得到目标位置。仿真实验表明,与经典加权最小二乘算法及其改进算法相比,新算法在计算量增大不多的情况下扩展了适用范围,当噪声超过门限值时依然能获得较高的定位精度。新算法对噪声具有较强的鲁棒性,能有效克服门限效应带来的影响。      

一种模糊函数时频差联合估计快速算法

直接相关时延估计方法仅适用于接收站和辐射源都相对静止的情况,若接收信号存在多普勒频差则会严重影响时差(TDOA)估计精度,为解决相关时延估计方法的局限性,采用基于模糊函数的时频差联合估计方法,并针对模糊函数计算量巨大的问题,提出一种变时频分辨率峰值搜索方法。利用GPU并行计算架构实现来实现算法,以提高算法效率,加快算法收敛速度。仿真试验结果表明了算法的有效性。     

基于WGS-84的双星时差/频差定位算法及误差分析

研究了低轨道双星通过测量时差和频差对地面固定辐射源进行无源定位的问题。双星时差/频差定位算法是时差、频差单独定位公式和WGS-84地球椭球模型的结合,该算法通过迭代的方法提高了定位精度。文中结合定位误差算法和定位精度的GDOP算法,通过仿真、对比系统地分析了影响双星时差/频差定位系统定位精度的因素,分析结果对双星定位系统的应用具有借鉴意义。     

基于累积量的时差频差联合估计算法

介绍了无源定位中二阶累积量和高阶累积量的时差频差联合估计（TDOA/FDOA）算法,分析了噪声相关性对二阶累积量和四阶累积量的时差频差联合估计算法的影响。仿真结果表明,这一方法是切实可行的。     

基于互模糊函数的快速时差频差联合估计

针对无源定位中的时差频差联合估计问题,利用内积公式推导出了基于互模糊函数的时差频差联合估计公式,并提出了相应的快速实现算法。其中通过适当变换互模糊函数计算公式,将传统的二维时差频差搜索算法变为对信号内积进行快速傅里叶变换,然后对变换后的数据进行二维搜索,大大提高了时差频差联合估计的速度,降低了运算量。通过重构离散傅里叶变换项,并进行近似,进一步降低了运算量。仿真结果说明,两种算法都能得出准确的结果,改进的算法计算时间更少。     

一种基于最小二乘准则的方位-多普勒频差联合无源定位新方法

提出了一种方位-多普勒频差(DOA-FDOA)联合定位新算法,该算法多次应用最小二乘准则,借助目标航迹约束条件,并利用多普勒频差信息实现了对运动目标的可靠高精度定位,避免了直接求解非线性方程组。新算法的定位误差逼近CRLB,仿真结果验证了算法的可行性和有效性。     

一种基于短合成孔径的双星干涉精确定位方法

双星TDOA/FDOA联合定位通过时差曲面和频差曲面进行定位,定位的精度受时差/频差测量精度的影响。针对精确测量时差/频差的需求,该文提出一种基于短合成孔径的双星干涉测量时差/频差的方法,利用一定长度的合成孔径提高测量精度。对于窄带信号,该方法有估计单星多普勒频率的能力,通过两颗卫星单独估计的结果得到频差;对于宽带信号,通过双星数据干涉可以获得频差的高精度估计。对于短期稳定的雷达信号,STK仿真数据的处理结果证实了该方法在大范围内可以实现1 km的定位精度。

     

基于时差及多普勒频差的IMM无源定位算法

无源定位系统本身不发射电磁波,完全是被动工作,具有很好的隐蔽性,受到各方的青睐.针对时差和多普勒频差信息固定多站定位问题,给出了一种对运动目标进行定位跟踪的IMM滤波算法.文中首先对目标定位原理进行了阐述,然后对IMM滤波算法的滤波过程进行了详解.经过计算机仿真验证,此算法是正确有效的.