[发明专利]基于信号强度多波束空间分布的地面辐射源单星定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种发射成本低、星上资源消耗少、定位精度较高的基于信号强度多波束空间分布的地面辐射源单星定位方法。

背景技术

由于卫星系统具有覆盖能力强、传输距离长、不受地理条件限制、机动灵活等独特的优点，卫星系统开始逐渐进入民用和国防领域，并在几十年中得到了迅速的发展，具有非常好的发展前景。然而，基于地球同步轨道(GEO)的卫星移动通信系统几乎都采用了星载大型展开式多波束天线，由于天线口径大、接收灵敏度高，卫星又处于开放的空间，GEO卫星通信系统更容易受到各种辐射源有意或无意的射频干扰。随着各国卫星业务的迅速增长，轨道与频率资源日趋紧张，卫星所处电磁环境日益恶化，卫星受到不明辐射源干扰事件的数量与日俱增，造成了诸多恶劣影响以及经济上的损失。为排除或降低不明辐射源干扰事件对卫星通信的影响，必须及时快速定位辐射源。

常用的卫星辐射源定位方法有测时差定位和测向定位。测时差定位是随着多平台通信技术的发展和到达时间差技术的进步而发展起来的，并成为现代高精度辐射源定位的主要方法之一，主要有三星时差定位法、双星时差/频差联合定位法。一般需要由两颗或两颗以上的卫星组网同步相互配合实现。由于卫星轨道资源的有限性，对于GEO卫星而言，系统中仅包括有限的几颗卫星，很多情况下只有一颗卫星，很难找到协助定位的邻星，难以基于双星或三星干扰源定位体制实现对辐射源的定位。

目前的单星侧向定位方法，主要包括：相位干涉仪测向、比相测向、比幅测向、时差测向、空间谱估计测向等。但这些单星侧向定位方法都必须额外增加星载定向设备，并且对卫星的姿态测量精度有较高的要求。

总之，现有卫星辐射源定位技术存在的问题是：单星辐射源定位方法需要额外增加星载设备，导致发射成本高、星上资源消耗多，不易实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于信号强度多波束空间分布的地面辐射源单星定位方法，发射成本低、星上资源消耗少、易于实现。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于信号强度多波束空间分布的地面辐射源单星定位方法，包括以下步骤：

(10)构建方向图指向模型：根据天线方向图函数及天线增益与俯仰角和方位角之间的联系，构建天线方向图指向模型；

(20)获取辐射信号强度空间分布：根据卫星接收的地面辐射信号特征参数和强度，确定主接收波束及其空分同频复用波束，根据接收辐射信号强度最强的多个空分同频复用波束，得到辐射信号强度在多波束环境下的空间分布；

(30)求解辐射源位置指向：根据天线方向图指向模型和辐射信号强度空间分布，建立定向方程组，求解定向方程组，获得辐射源位置指向；

(40)获取辐射源经纬度：根据辐射源位置指向，结合地理信息与星历信息，得到地面辐射源的经纬度。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、定位方法易于实现：由于定位方程组形式简单，所需的数据容易获得，使得该定位方法容易实现；

2、发射成本低、星上资源消耗少：由于无需额外的星载设备用于辐射源定位，节约了卫星发射成本，降低了星上资源消耗。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明基于信号强度多波束空间分布的地面辐射源单星定位方法的流程图。

图2是本发明基于信号强度多波束空间分布的地面辐射源单星定位方法原理图。

图3是定义α角和β角及与俯仰角和方位角θ的转换示意图。

图4为本发明方法中天线方向图指向模型所得指向与波束增益的映射图。

图5是求解辐射源位置指向的粒子群搜索算法程序流程图。

图6是本发明方法在天线方向图为理想函数时求辐射源位置指向仿真结果图。

图7是本发明方法根据数据库拟合天线方向图函数的仿真结果图。

图8是本发明方法拟合天线方向图函数相对于理想天线方向图函数绝对误差图。

表1是不同拟合粒度的拟合方向图函数误差情况。

表2是本发明方法根据拟合函数求解位置指向结果。

表3是本发明方法根据任意位置指向求经纬度结果。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于信号强度多波束空间分布的地面辐射源单星定位方法，包括以下步骤：

(10)构建方向图指向模型：根据天线方向图函数及天线增益与俯仰角和方位角之间的联系，构建天线方向图指向模型。

所述(10)构建方向图指向模型步骤包括：