[发明专利]用于无源测向定位的数据源生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及属卫星无源定位技术领域，具体地，涉及用于无源测向定位的数据源生成方法。

背景技术

卫星无源定位通常可分为单星体制和多星体制。单星体制是采用瞬时测向法对目标定位，基本方案主要有幅度法测向、相位法测向和时差法测向三种。无论使用哪一种测向原理，其目的都是为了得到目标在卫星本体坐标系下的方向。其中，相位法技术成熟，在工程上便于实现，容易被工程采用。

目前，测向定位算法的验证方法主要是在STK软件中设置仿真时间和卫星轨道和姿态参数，并假定一个目标位置，从而由STK计算出目标方向在卫星本体系下的表示，即β_x(目标方向与本体系X轴的夹角)和β_y(目标方向与本体系Y轴的夹角)，并生成报表。将STK中得出的“偏航角”和“俯仰角”代入定位算法得出目标位置经纬度，与STK中的输入值(目标位置经纬度)进行比较。

STK软件是在航空航天行业内被普遍认可的仿真软件，它具有图形界面和计算准确等优点。但对于测向定位算法的验证工作，STK软件亦存在一些局限性，可归纳为以下三点：

1、在一些研究中，根据相位测向原理，接收机在测角后输出载波相位的小数部分，再由硬件或软件解模糊以得到完整的载波相位，反算测角结果，继而进行定位解算，STK无法直接输入或输出载波相位信息，因此也无法分析载波频率对定位精度带来的影响；

2、在一些研究中，往往希望数据源产生形如卫星位置、速度、天线安装位置、载波相位误差等各种随机误差或按照误差模型产生误差，STK无法直接产生这些误差，即无法得到这些误差对测向误差的影响，继而难以系统地研究这些误差对定位误差的分布情况的影响；

3、在实际工程中，往往希望大批量处理一些输入，例如用于在一些给定工况下比较不同的定位算法的优劣，或是批量设置某一参数用以研究这一参数的变化对定位结果的影响分布，反复在STK中设置场景并生成报表的方法效率较低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为了解决星上定位算法设计过程中校验难和校验效率低的工程实际问题，本发明提出了一种用于研究无源测向定位算法的数据源生成方法。

根据本发明提供的一种用于无源测向定位的数据源生成方法，包括如下步骤：

步骤1：初始设置环节；

步骤2：运动学环境构建与递推环节；

建立运动学环境，通过引入地球岁差、章动、自转和极移模型，计算惯性系和地固系的转换矩阵，继而得到目标随地球转动在惯性空间中的位置；通过轨道模型(二体轨道模型、J2轨道模型、甚至更加精确的轨道模型)根据时间递推卫星轨道，从而计算卫星及卫星载荷天线在空间中的位置以及卫星姿态；

步骤3：观测数据生成环节；

将目标相对于各载荷天线的位置转换至卫星本体坐标系，并以目标相对于各载荷天线在卫星本体坐标系中的位置计算目标至各天线的距离，继而得到无线电波从目标至各天线所需要的载波相位和各条基线相位差，并依据误差模型加入误差。

优选地，所述步骤1包括如下任一个或任多个步骤：

设置计时器时间步进、仿真时长、仿真开始时间；

设置地球参数，地球参数包括地球引力常数、赤道半径、极地半径、地球扁率；

设置卫星历元时刻的轨道六要素、基线长度并根据基线长度设置三个天线的安装位置；

设置载荷下视角大小；

设置卫星的属性，卫星的属性包括载波信号波长、基线长度、天线安装位置、载荷波束角；

设置目标的地理经纬度。

优选地，在所述步骤2中：

地球的转动由转换矩阵表达如下

HG＝[EP]·[ER]·[NR]·[PR]其中，为地固系下坐标，为J2000惯性系下坐标，[·]表示坐标转换矩阵，其中，HG为所要计算的自转矩阵，先后包括岁差矩阵PR、章动矩阵NR、地球自转矩阵ER和极移矩阵EP，分别由下列各式表达：

[PR]＝R_z(-z_A)R_y(θ_A)R_z(-ξ_A)

[NR]＝R_x(-Δε)R_y(Δθ)R_z(-Δμ)

[EP]＝R_y(-x_p)R_x(-y_p)