[发明专利]一种基于多普勒频移特征的非合作导航卫星识别的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多普勒频移特征的非合作导航卫星识别的方法，属于非合作航天器定轨技术领域。

背景技术

在通常的卫星导航中，是利用伪随机码良好的相关特性，通过伪码匹配的方式来识别导航卫星的。但是在卫星导航系统发送加密导航信号的情况下，无法由捕获获得码相位，不能完成本地码振荡器初始化，从而不能识别导航卫星。

现有的卫星识别技术还有频谱图对比识别卫星。用户对接收到通讯卫星信号的作频谱分析，根据频谱仪的显示图形和卫星的标准频谱图形作对比，对卫星进行识别。但是接收到信号频谱会由于伪码的不同而发生变化，所以上述方法在伪码未知的情况下并不适用，但却提供了一种比对的思想。

另外一种卫星识别的方法是星历参数对比识别卫星。预先获取已进行星历解析的卫星的星历参数，获取任一待确定卫星的星历参数，判断是否满足已有星历参数与待确定卫星的星历参数参数匹配条件；如果否，则确定待确定卫星为可用卫星；如果是，则确定为不可用卫星。该技术通过简单计算就能达到识别卫星的目的，提高了卫星识别的效率。但是该方法使用的前提是获取待确定卫星的星历参数，在伪码未知的情况下不能实现。

在伪随机噪声码未知情况下，利用无码载波估计技术实现对目标载波的连续跟踪，获得了一系列的多普勒频移，但是每个多普勒频移对应哪颗导航卫星仍然是未知的。

发明内容

本发明提出了一种基于多普勒频移特征的非合作导航卫星识别的方法，利用含有接收机频差的多普勒频移的测量值及先验值，建立易于计算、误匹配率低的匹配指标，并采用二分法高效地获得高精度的频差估计值；并根据各个多普勒频移匹配残差的比重，采用全局匹配、局部剔除的策略来提高卫星识别的全局可信度。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于多普勒频移特征的非合作导航卫星识别的方法，包括如下步骤：

（1）低轨用户卫星接收机的射频前端将导航卫星信号转换为数字中频信号，利用无码载波恢复技术跟踪中频信号的连续载波，并得到各个导航卫星信号的多普勒频移测量值；

（2）根据已知的低轨用户卫星的初始轨道参数及地面周期上注的导航卫星星历，计算得到一系列多普勒频移的先验值；

（3）将步骤（1）得到的多普勒频移测量值和步骤（2）得到的多普勒频移先验值分别按照高低顺序排列成两组样本，采用二分法搜索使得两组频率一致对应的频差估计值；

（4）根据各个多普勒频移匹配残差的比重，采用全局匹配、局部剔除的方法剔除匹配失败的导航卫星。

所述步骤（1）中导航卫星信号的多普勒频移测量值表示为

(1)

式中，λ为载波波长，为用户卫星至导航卫星的伪距率真值，为用户卫星接收机时钟频率误差，n为多普勒频移的测量误差，k为第k颗导航卫星。

所述步骤（2）中多普勒频移的先验值表示为：

(2)

式中，和分别为第k颗导航卫星的位置和速度矢量；和分别为用户卫星的位置和速度矢量；和分别为用户卫星至导航卫星含有误差的距离和距离率。

所述步骤（3）中二分法搜索的频率范围为，搜索步长为， 是连续函数，并且有。

所述步骤（4）中局部剔除多普勒频移测量值的条件可表示为：

式中，为频差估计值，为多普勒频移测量，为多普勒频移的先验值，M

为门限值。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的基于多普勒频移的非合作导航卫星识别方法可以实现伪码未知情况下导航卫星的识别，作为常规卫星识别方法的补充，提高冲突条件下导航星的识别能力。

2、相比通常的伪码匹配识别导航卫星的方法仅能实现导航星的识别，本发明提出的方法不仅可以识别导航卫星，还可以获得较为精确的接收机频差估计值。

3、相比较现有技术中的逐步搜索获得频差估计值相比，本发明采用二分法寻找频差估计值，提高了搜索效率及数值精度；并且本申请考虑到噪声以及测量误差等因素的影响，提出了全局匹配、局部剔除的策略，并给出了剔除放弃的指标，提高了卫星识别的全局可信度。

附图说明

图1 基于多普勒频移特征的非合作导航卫星识别的设计思路框图。

图2（a）是零点在右半区间的情况；图（b）是零点在左半区间的情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。