[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

说明书

本发明公开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，对能够同时发射短波信号和卫星信号的待定位辐射源，依次建立该辐射源地理坐标与发射的短波信号到达不同短波观测站的方位角和仰角的代数关系式；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；建立该辐射源地理坐标与发射的卫星信号到达单颗卫星的方位角和仰角的代数关系式；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；将采集的阵列信号数据传输至地面中心站进行处理，基于短波信号数据和卫星信号数据获得估计辐射源经纬度的优化模型，并进行数值优化，获得辐射源经纬度的估计值。本发明能够显著提升对地球表面远距离辐射源的定位精度。

技术领域

本发明属于无线信号定位技术领域，尤其涉及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。

背景技术

众所周知，无线信号定位技术广泛应用于通信、雷达、目标监测、导航遥测、地震勘测、射电天文、紧急救助、安全管理等领域，其在工业生产和军事应用中都发挥着重要作用。

对目标进行定位(即位置参数估计)可以使用雷达、激光、声纳等有源设备来完成，该类技术称为有源定位技术，它具有全天候、高精度等优点。然而，有源定位系统通常需要依靠发射大功率电磁信号来实现，因此极易暴露自己的位置，容易被对方发现，从而遭到对方电子干扰的影响，导致定位性能急剧恶化，甚至会危及系统自身的安全性和可靠性。

目标定位还可以利用目标(主动)辐射或者(被动)散射的无线电信号来实现，该类技术称为无源定位技术，它是指在观测站(也称传感器)在不主动发射电磁信号的情况下，通过接收目标辐射或者散射的无线电信号来估计目标的位置参数。与有源定位系统相比，无源定位系统具有不主动发射电磁信号、生存能力强、侦察作用距离远等优势，从而得到国内外学者的广泛关注和深入研究。

现有的辐射源定位体制大都是基于单手段进行的，例如短波手段、超短波手段以及卫星手段等等。每一种定位手段都能适用于一定的频段范围，并且具有特定的优势。然而，每一种定位手段也都有其缺点，在特定的场景下存在一些弊端，例如短波手段往往在辐射源纬度方向上的定位误差较大，而卫星手段往往在辐射源经度方向上的定位误差较大。现有的定位体制很少将不同的定位手段进行协同处理，即多手段协同定位。要实现多手段协同定位，需要待定位辐射源能够同时发射不同频段的信号，在实际场景中这是有可能实现的，例如一艘舰船可能会同时发射短波信号和卫星信号。

另一方面，传统无源定位技术大多采用两步估计方式，即首先从接收信号中提取出用于定位的相关参数(主要包括空域、时域、频域以及能量域等参量)，然后利用这些中间参数确定目标位置参数或者速度参数。虽然这种两步定位模式在现代无源定位系统中被广泛使用，但以色列学者A.J.Weiss和A.Amar(Amar A,Weiss A J.Localization ofnarrowband radio emitters based on Doppler frequency shifts[J].IEEETransactions on Signal Processing,2008,56(11):5500-5508.)(Weiss A J.Directgeolocation of wideband emitters based on delay and Doppler[J].IEEETransactions on Signal Processing,2011,59(6):2513-5520.)却指出了其中所存在的诸多缺点，并提出了直接定位的思想，其基本理念是从信号采集的数据域中直接估计目标的位置参数，而无需估计其它中间定位参数。显然，这种直接定位体制同样适用于多手段协同定位中。

基于上述分析，本专利针对能够同时发射短波信号和卫星信号的待定位辐射源，提出了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，可以显著提升对地球表面远距离辐射源的定位精度。

发明内容