[发明专利]一种基于二维波达方向的短波多站和单星协同直接定位方法

权利要求书

1.一种基于二维波达方向的短波多站和单星协同直接定位方法，其特征在于，包括：

步骤1：针对能够同时发射短波信号和卫星信号的待定位辐射源，利用N个短波观测站的地理坐标和电离层虚高信息，依次建立该辐射源地理坐标与其发射的短波信号到达N个短波观测站的方位角和仰角之间的代数关系式，其中N1；

步骤2：针对待定位辐射源发射的短波信号，利用N个短波观测站安装的均匀圆阵对该信号进行接收和采集；

步骤3：依次确定短波观测站中的阵列流形向量关于地理坐标的导数表达式；

步骤4：针对同时发射短波信号和卫星信号的待定位辐射源，利用单颗卫星的地理坐标和姿态角信息，建立该辐射源地理坐标与其发射的卫星信号到达单颗卫星的方位角和仰角之间的代数关系式；

步骤5：针对待定位辐射源发射的卫星信号，利用单颗卫星安装的均匀圆阵对该信号进行接收和采集；

步骤6：确定单颗卫星中的阵列流形向量关于地理坐标的导数表达式；

步骤7：单颗卫星和各个短波观测站将采集得到的阵列信号数据传输至地面中心站进行处理；

步骤8：地面中心站基于短波信号数据和卫星信号数据，利用最大似然估计准则构建直接定位优化模型；

所述直接定位优化模型为：

式中J表示待优化的目标函数；t_k表示第k个采样时刻；K表示信号采样点数；

步骤9：地面中心站针对步骤8中构建的直接定位优化模型进行降维处理，得到仅关于辐射源经纬度的降维优化模型；

所述步骤9包括：

步骤9.1：按照下式分别构造短波信号和卫星信号的阵列协方差矩阵：

步骤9.2：依次对矩阵进行特征值分解，并将其特征值按照由大到小的顺序进行排列可得：

由此可得噪声功率的估计值为：

步骤9.3：对矩阵进行特征值分解，并将其特征值按照由大到小的顺序进行排列可得：

由此可得噪声功率(σ^(t))²的估计值为：

步骤9.4：按照下式依次求出的最优解：

步骤9.5：按照下式依次求出{s^(t)(t_k)}_1≤k≤K的最优解：

步骤9.6：将以及代入步骤8中的优化模型中得到降维优化模型：

式中表示待优化的目标函数；tr{·}表示矩阵求迹运算；和Π^⊥[f^(t)(α,γ)]均为正交投影矩阵：

其中，

步骤10：地面中心站利用高斯-牛顿迭代法对步骤9中的降维优化模型进行数值优化，用于获得辐射源经纬度的估计值，亦即最终的定位结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维波达方向的短波多站和单星协同直接定位方法，其特征在于，所述步骤1中辐射源地理坐标与其发射的短波信号到达N个短波观测站的方位角和仰角之间的代数关系式为：

式中，

其中，和分别表示第n个短波观测站的经纬度，α和γ分别表示待定位辐射源的经纬度，h_n、和分别表示待定位辐射源发射的短波信号到达第n个短波观测站对应的电离层虚高、方位角和仰角，r表示地球半径，t_n1和t_n2均表示坐标系转换向量，φ_n表示第n个短波观测站与辐射源之间的地心角的一半，g(α,γ)表示待定位辐射源在地心地固坐标系下的位置向量，表示第n个短波观测站在地心地固坐标系下的位置向量。