[发明专利]一种基于GNSS信号辅助的时频差综合修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星定位领域，具体涉及一种基于GNSS信号辅助的时频差综合修正方法。

背景技术

卫星对辐射源的精确定位在空间信息对抗、卫星通信等领域具有重要的意义。国内外学者就低轨双星无源定位体制已经开展大量相关研究。当前，低轨双星无源定位主要采用TDOA（Time difference of Arrival，TDOA）和FDOA（Frequency difference of Arrival，FDOA）联合定位的方式，但由于受到相对钟差和其信号在转发过程中的转发器延迟、频率固定偏差等因素的影响，其定位精度一般只能达到3-10公里。众多研究成果表明，低轨卫星的到达时频差的误差给辐射源无源定位的精准带来了重要的影响，是影响低轨双星无源定位精度的最重要的因素。现有的双星低轨辐射源无源定位模型并没有对到达时差和到达频差进行良好的修正，由此带来的定位误差影响较大，如何对低轨卫星的到达时频差的误差进行有效的修正，是提高辐射源无源定位精度需要考虑的重要问题。

发明内容

本发明针对目前如何提高低轨双星无源定位精度的问题，提出了一种基于GNSS信号辅助的时频差综合修正方法。采用本方法可以对到达时频差中固定偏差进行良好的消除，从而显著提高定位精度。

仿真结果表明，采用本发明，低轨双星辐射源无源定位系统的到达时间差误差由60-100ns修正到10ns以下，到达频差偏差由1-10HZ控制到1HZ以内，定位精度在星下点中线上由公里级别修正到100m以下，其他定位区域内的定位精度也由现有的3-10km提高到1km以下。

    本发明的技术方案通过下述步骤实现：

（1）利用低轨卫星星载导航接收机与GEO卫星的位置坐标解算出2颗低轨卫星在当前历元的轨道位置坐标与运动速度，以及2颗低轨卫星分别至GEO卫星的几何距离及2颗低轨卫星间的几何距离；

    （2）根据GEO卫星位置坐标以及解算得出的2颗低轨卫星当前历元轨道位置与速度参数，计算出低轨卫星的到达时差修正量，并根据此修正量对低轨卫星星载导航接收机得到的辐射源的修正前到达时差进行修正，得到修正后的到达时差；

    （3）根据GEO卫星位置坐标以及解算得出的2颗低轨卫星当前历元轨道位置与速度参数，计算出低轨卫星的到达频差修正量，并根据此修正量对低轨卫星星载导航接收机得到的辐射源的修正前到达频差进行修正，得到修正后的到达频差。

所述的到达时差修正量由下述数学式计算得到：

；

式中：

为到达时差修正量；

为低轨卫星星载导航接收机接收到的GEO卫星信号经过两条链路的修正前到达时差；

为根据解算得出的轨道参数而计算得出的GEO卫星到低轨卫星2的伪距；

为根据解算得出的轨道参数而计算得出的GEO卫星到低轨卫星1的伪距；

为根据轨道参数计算得出的2颗低轨卫星间的几何距离；

为光速；

所述修正后的到达时差由下述数学式计算得到：

；

式中：

为低轨卫星星载接收机接收到的辐射源的修正前到达时差；

为修正后的到达时差。

所述的修正前到达频差由下述数学式计算得到：

；

式中：

 为修正前到达频差；

为GEO卫星信号的发射频率；

和分别为两颗低轨卫星的位置坐标；

和分别为解算得出的两颗低轨卫星的在轨速度；

表示GEO卫星的位置坐标。

    所述的到达频差修正量由下述数学式计算得到：

    ；

式中：

为到达频差修正量；

为低轨卫星星载导航接收机接收到的GEO卫星信号经过两条链路的修正前到达频差；

    所述修正后的到达频差由下述数学式计算得到：

；

式中：

为低轨卫星星载接收机接收到的辐射源的修正前到达频差；

为修正后的到达频差。

附图说明

图1为基于GNSS信号辅助的低轨双星辐射源差分定位模型。

图2为本发明仿真结果所反映的时频差修正前后的星下点中线上的定位误差对比。

图3为本发明仿真结果所反映的时频差修正后的星下点中线上的定位误差。

图4为本发明仿真结果所反映的时频差修正前后的定位靶图对比。

图5为本发明仿真结果所反映的时频差修正后的定位靶图。