[发明专利]使用卫星信号来确定地球上的发射器的地理位置解

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及基于卫星信号的测量来确定未知发射器的地理位置。

2.相关技术描述

图1示出地理位置情形100，其中地球的表面101上的发射器110可以使 用三个卫星s₁、s₂和s₃来定位。卫星s₁、s₂和s₃相对于地球具有非零速度。未 知发射器110送出信号112且该信号由卫星s₁、s₂和s₃接收。卫星s₁、s₂和s₃将信号114分程传送给地面站120或其它观察点。

地面站120计算信号112从发射器110通过主卫星s₁到地面站120与信 号112从发射器110通过另一卫星s₂到地面站120之间的到达时间差(TDOA)， 其被表示为d₂₁。类似地，还测量信号112从发射器110通过第一卫星s₁到地 面站120与信号112从发射器110通过第三卫星s₃到地面站120的TDOA，其 被表示为d₃₁。

从TDOA测量和在TDOA测量中使用的两个卫星的位置，可以导出定义 发射器110的可能位置的三维曲面。地面站120并不精确知道卫星的位置和速 度。使用其位置已被确切知道的固定基准发射器130来减小在地面站120方面 的卫星的位置和速度误差对发射器110位置估算的影响。

此领域之前的理论工作，如作为参考整体合并于此的K.C.Ho和Y.T. Chan的“Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements(根据TDOA和FDOA测量对已知海拔高度对象的地理定位)”， IEEE航空航天与电子系统汇刊，33卷，770-783页，1997年7月(“Ho和 Chan”)，示出了如何通过在地球表面上寻找两条TDOA曲线的交点来估算 发射器110的位置。然而，从两个TDOA测量寻找发射器110的位置的当前技 术假设两个TDOA信号是被同时获取的。在实践中，情况通常并不如此或甚至 是不可能的。例如，设备的技术限制，包括地面站120的接收天线的孔径中的 限制，可能阻止同时获取两个测量。同样，在某些情况下，不是卫星s₁、s₂和 s₃中的所有三个都能够在同一时刻观察到来自发射器110的同一信号。

另选地，可以通过地面站120处的接收信号114中的多普勒频移的测量来 寻找未知发射器110的位置。因为卫星s₁、s₂和s₃具有相对于地球的非零速度， 所以通过卫星s₁、s₂和s₃分程传送的地面站120处的接收信号114将经受多普 勒频移。这造成了通过卫星对s₁和s₂分程传送的信号112的到达频率差 (FDOA)，其被表示为f₂₁，以及通过卫星对s₁和s₃分程传送的信号112的 FDOA，其被表示为f₃₁。从FDOA测量和在FDOA测量中使用的两个卫星的 位置，可以导出定义发射器110的可能位置的三维曲面。同样，地面站120并 不精确知道卫星的位置和速度。使用其位置已被确切知道的固定基准发射器 130来减小在地面站120方面的卫星的位置和速度误差在发射器110位置的估 算中的影响。发射器110的位置可以通过在地球表面上寻找两条FDOA曲线的 交点来估算。

再另选地，某些人建议可以通过使用一个TDOA测量和一个FDOA测量 来寻找未知发射器110的位置。然而，这些解决方案要求生成TDOA和FDOA 测量的信号被同时获取且它们来自相同的卫星对。在实践中通常不满足这些条 件。