双星定位系统定位精度的Cramer-Rao下界分析

介绍了双星时频差定位原理,在此基础上研究了在地球表面约束条件下的双星定位系统的定位精度理论下界。利用推导的定位精度Cramer-Rao下界,仿真分析了定位参数估计精度、卫星星历、目标辐射源位置以及辐射源载波频率等因素对定位精度的影响,并给出了物理解释。定位仿真试验结果表明,定位精度变化趋势与Cramer-Rao下界一致,证明了理论推导的正确性。

双星定位系统中目标移动性检测与仿真

双星定位系统通过测量两颗相邻卫星相对于地球表面静止辐射源的时差/频差(TDOA/FDOA)来实现定位功能。但是,地面辐射源的移动性影响FDOA,导致该系统定位误差急剧增大。为了检测辐射源的移动性,提出了两种基于时差/频差测量的目标移动性检测算法,即拟合度检验和Rao检验,两者均只需要估计静止假设下目标的位置。比较了两者的检测性能,仿真与分析验证了检测算法的有效性。

双星时差频差定位系统中的多信号定位技术

通过计算并分析多信号的互模糊函数,证明了双星时差频差定位系统同频多信号定位的可行性;提出了计算双星定位系统可同时分辨的同频信号个数的公式,估算了卫星系统的同频多信号分辨能力,并给出了同频多信号互模糊函数图;最后,提出了一种多信号定位高效实现方法,其思想是先估计信号个数,再计算局部区域互模糊函数。该方法已得到了工程验证。

双星时差频差无源定位系统定位算法工程指标分析

通过计算时差、频差测量精度，以及卫星运动引起的时差、频差变化率，提出双星时差频差无源定位系统的信号最佳采样时间为10～100ms。进一步推导了工程可实现的定位精度，仿真结果表明双星系统工程可实现的定位精度约为1～3km。研究和结论对双星定位系统定位精度指标的论证与分解具有借鉴意义。

高低轨双星时频差无源定位精度

高低轨卫星联合定位是提高地面辐射源无源定位精度的有效方法。从时差基线、速度差增加方面分析了高低轨双星定位精度相对同轨卫星定位精度高的原因,推导出高低轨双星时频差定位误差分布表达式,分析了高低轨联合定位适用的时频差测量方法及其测量精度。仿真分析结果表明:在低轨卫星星下点附近较大范围内,定位精度达到百米量级。验证了双星相对位置变化、时频差测量误差、高低轨卫星自身位置速度测量误差等因素对高低轨双星定位精度的影响。

双星时差频差定位体制在频域混叠电磁环境下的应用

现代战场电磁环境复杂,不同类型电磁信号在时频域碰撞混叠,现有常规侦察手段对此类信号的定位应用受到严重制约。双星时差频差定位体制通过互模糊函数求解信号到达时差和频差,分离频域混叠信号并获得高达公里量级的定位精度,非常适合于复杂电磁环境下的应用。通过求解模糊函数的方法分析了时差频差体制对频域混叠信号的分离和定位能力,然后结合美航母编队及其电磁环境构成,探讨了这一能力在监视航母编队,尤其是跟踪识别编队个体成员的具体应用。仿真与分析结果证明了双星时差频差定位体制的优势,对于天基侦察系统的建设具有重要意义。

不同轨道高度双星时/频差高精度定位性能研究

针对现有双星时/频差定位研究中双星星下点定位精度差的问题,提出了建立不同轨道高度双星星座进行时/频差联合定位的设想,并对三种不同高度轨道情况下双星时/频差联合定位系统的定位精度进行了仿真、比较。结果表明,双星轨道高度对于双星时/频差高精度定位区域有较大的影响,当双星位于不同高度轨道且速度满足一定要求时,可以减少甚至消除双星星下点定位精度急剧恶化区域,实现双星时/频差定位技术对双星星下点的高精度定位。

校正源条件下基于双星序列观测量的地面运动目标定位算法及理论性能分析

针对地面匀速运动目标定位问题,在校正源存在条件下提出基于双星时频差序列观测量的定位算法。首先在卫星星历存在误差条件下,推导基于双星时频差序列观测量的差分校正定位公式及其理论性能,数学分析表明尽管其能有效抑制卫星星历误差所带来的定位偏置,但定位方差难以达到克拉美罗界,为此,提出一种基于两步统计最优融合的运动目标定位算法,并证明其理论定位性能可达到克拉美罗界。最后,通过数值实验验证所提算法的优越性和理论分析的有效性。

基于参考站的低轨双星定位误差校正分析

分析了低轨双星时/频差定位体制中的定位误差分布情况,研究了基于参考站的误差校正算法,最后分析了参考信号时/频差测量误差、参考站站址误差以及参考站位置等因素对定位误差的影响,并对不同条件下参考站对定位误差的校正作用开展了计算机仿真试验。该研究从数学上揭示了参考站对系统定位误差的校正原理,可为实际系统中参考站的建设提供理论依据。

一种低轨双星雷达信号无模糊频差估计算法

针对低轨双星组合接收低脉冲重复频率(LPRF)雷达信号的频差(DFO)估计存在模糊的问题,提出一种基于时差差分的频差无模糊高精度估计算法,该算法通过对高精度的时差测量值进行中心差分获得无模糊的频差估值。仿真结果表明,新算法能对PRF低至300 Hz的雷达信号进行无模糊的频差估计,估计精度在信噪比高于15 d B时逼近克拉美劳下界,可有效扩大低轨双星时/频差定位系统对LPRF信号的适用范围。

高低轨双星时频模糊雷达信号的频差估计算法

针对高低轨双星定位系统中,雷达信号定位参数估计结果同时存在时差与频差模糊的问题,分析了相参脉冲串信号的模糊特性;利用粗略配对的脉冲串获得到达时间差序列,避免了对时域高度密集的脉冲进行配对的难题;在此基础上,提出了对时差序列进行中心差分计算频差粗估值实现频差模糊消除的方法;推导得出了频差粗值误差随着辐射源载频的增加、脉冲到达时间测量误差的增大、时差差分间隔的减小而增大的结论。仿真结果表明,频差粗值误差与理论值一致;通过设置合理的差分间隔,得到无模糊的频差粗值以后,频差精估精度逼近CRLB。新算法便于工程实现,对长基线定位系统中雷达信号的频差估计具有一定参考价值。

用于同步双星时频差定位系统的广域差分校正算法

在双星时频差定位中,传统的差分校正算法在目标辐射源远离参考站时对星历误差的校正性能会迅速恶化,针对同步双星时频差定位系统,提出一种基于虚拟参考站(Virtual Reference Station,VRS)的广域差分校正算法。首先通过对差分校正性能分析,发现两参考站信号时/频差的差分残差可近似为两参考站位置矢量之差的线性函数;然后基于多个参考站的时/频差观测值通过线性拟合在目标辐射源位置附近生成一个虚拟参考站;最后将虚拟参考站与目标辐射源的时/频差观测方程差分,从而实现对星历误差的高精度大范围校正。仿真结果表明,该算法可在参考站周边数千公里范围内实现对星历误差的高精度校正。