[发明专利]非合作目标定位方法

说明书

技术领域

本发明是关于空间目标探测应用领域，在对非合作目标探测过程中，采用距离信息遗传迭代算法作为非合作目标定位方法来实现非合作目标定位的方法。

背景技术

非合作目标泛指不能提供有效合作信息的空间目标,包括空间碎片、临时失效与废旧弃用航天器、外层空间飞行物、敌对飞机、敌对舰船、敌对单兵等。随着现代军事、航海和航空事业的发展,非合作目标探测技术的发展越来越受到人们的重视,现已成为一个十分活跃的研究领域。近些年，随着整个空间资源的进一步开发和未来空间作战趋势的加剧，地球外面空间正慢慢地成为世界各国相互争夺的新领域。空间目标探测系统在这种新的发展形势下，起着基础性和关键性的作用。对非合作目标的定位，是结合已知基地位置参数和第三方辐射信号群路径进行相关处理来实现。第三方辐射信号包含地面广播电台、电视台、通信台站、直播电视卫星(DBS)、导航与定位卫星(GPS)、各种平台上的有源雷达等。目标定位是无线传感器网络的重要应用之一,但是基于接收信号强度(Rss)的定位方法通常因为非合作目标未知其发射信号参数以及不同环境下难以获取准确的路径衰减指数而无法实现准确定位。在目标定位系统中，通过测距信息定位是一种常用手段，但是由于系统设备和环境干扰等因素的影响，测距数据会产生误差，影响定位精度。

在空间目标探测中,对非合作目标的探测是重要研究内容之一，这是未来自主导航、天基精确测量、星际飞行、自主交会对接、空间对抗、小卫星绕飞等多项空间热门技术的基本前提，因此对非合作目标定位的技术研究具有重要意义。然而，现有的航天测控系统主要针对合作目标进行遥控、遥测及跟踪测量，无法实现对非合作目标的探测。由于空间非合作目标具有较高的机动性能,对其定位跟踪往往十分困难,虽然在空间目标定位跟踪问题上已取得了很多研究成果,但由于目标存在非合作性和机动性,还缺乏一种具有精确性和容错性的空间非合作目标定位方法。

至今，国内外已经对非合作目标探测开展了一系列研究。二战期间，德国研制的“Klein Heidelberg”雷达，为最早研究和投入使用的非合作探测系统，探测到450km外的飞机，精度大约为10km。最初，针对非合作雷达辐射源的双/多基地雷达研究，英国伦敦大学(UCL)对此进行了一系列工作。1982年，Forrest和Schoenegerger研究出用作民用机场交通管制雷达的双/多基地雷达系统。在1997年的英国国家雷达会议上，有文章报道了英国皇家海军非协作照射源探测的研究，该研究利用伦敦Gatwick机场的远程空中管制雷达作为外辐射源，分别开展了陆基以及舰载平台试验，试验获得成功，探测到130km的空中目标。目前，美国已研究出天基空间目标观测系统,如空间中段监视实验卫星(MSX),天基红外系统(SBIRS)，Exoatmospheric Kill Vehicle(EKV)等，该系统主要用于观测发射后处于助推阶段和飞行中段的弹道导弹，并进行预警、拦截和监视。在国内方面，2014年3月初我国建成了“空间碎片”观测中心，将为我国在太空领域建起安全预警系统，可用于保护载人飞船和价值昂贵的大型卫星。为配合中心工作，紫金山天文台正在江苏盱眙建立1.2m近地天体探测望远镜，其制造技术以及观测范围均处于领先水平，可监测从中国上空经过的大部分非合作目标。

开展非合作目标定位技术的研究具有重要应用价值和紧迫的需求背景，由于涉及到潜在的军事用途，非合作目标相对测量的理论和方法的公开文献相对匮乏，因此有必要对这方面的理论和技术加以深入研究。在非合作目标探测过程中，目前传统的非合作目标定位方法大致分为两类，一类是匹配场处理(MFP:Matched-Field Processing)，另一类是目标运动分析(TMA:Target Motion Analysis)处理。MFP和TMA作为目前非合作目标定位技术的热点，获得了广泛的研究和应用；然而，MFP受到诸如计算量、模型失配、噪声等因素的影响，其应用受到一定限制；其中TMA方法以估计目标的运动参数(如距离、速度等)为主要目的，在非合作目标的定位技术研究中则得到较为广泛的应用。它主要分为多基地距离信息直接求解方法、纯方位TMA、基于方位和多普勒频率测量的TMA、时空积分TMA、基于方位和时延差测量的TMA等方法。其中距离信息直接求解方法为工程上常用的方法，该方法存在对回波信号的群路径误差敏感和性能不稳定的缺陷。在此基础上，提出了改进方法，提供了更加有效的非合作目标定位手段。

发明内容