一种新的星载TDOA/FDOA/AOA联合定位算法

针对双星时频差定位体制在星下轨迹附近区域存在定位盲区的问题,提出一种单星二维干涉仪测向(AOA)与双星到达时差(TDOA)/到达频差(FDOA)联合定位方法。采用更精确的WGS84地球模型,通过构造子空间基矢量恒等式以及地球表面约束获取联合观测的伪线性定位方程,实现了双星TDOA/FDOA/AOA联合高精度定位。在相同场景下将时频差定位算法和提出的联合定位算法进行比较,仿真结果表明该算法可缓解时频差定位盲区缺陷,星下轨迹附近区域的定位精度可至少提升两倍以上。

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。

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。

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。